MicroRNAs (miRNAs) are ~22nt-long single-stranded RNA molecules that form a RNA-induced silencing complex with Argonaute (AGO) protein to post-transcriptionally downregulate their target messenger RNAs (mRNAs). To understand the regulatory mechanisms of miRNA, discovering the underlying functional rules for how miRNAs recognize and repress their target mRNAs is of utmost importance. To determine functional miRNA targeting rules, previous studies extensively utilized various methods including high-throughput biochemical assays and bioinformatics analyses. However, targeting rules reported in one study often fail to be reproduced in other studies and therefore the general rules for functional miRNA targeting remain elusive. In this review, we evaluate previously-reported miRNA targeting rules and discuss the biological impact of the functional miRNAs on gene-regulatory networks as well as the future direction of miRNA targeting research.
MicroRNAs (miRNAs) play cardinal roles in regulating biological pathways and processes, resulting in significant physiological effects. To understand the complex regulatory network of miRNAs, previous studies have utilized massivescale datasets of miRNA targeting and attempted to computationally predict the functional targets of miRNAs. Many miRNA target prediction tools have been developed and are widely used by scientists from various fields of biology and medicine. Most of these tools consider seed pairing between miRNAs and their mRNA targets and additionally consider other determinants to improve prediction accuracy. However, these tools exhibit limited prediction accuracy and high false positive rates. The utilization of additional determinants, such as RNA modifications and RNA-binding protein binding sites, may further improve miRNA target prediction. In this review, we discuss the determinants of functional miRNA targeting that are currently used in miRNA target prediction and the potentially predictive but unappreciated determinants that may improve prediction accuracy.
Regenerative medicine is a research field that develops methods to restore damaged cell or tissue function by regeneration, repair or replacement. Stem cells are the raw material of the body that is ultimately used from the point of view of regenerative medicine, and stem cell therapy uses cells themselves or their derivatives to promote responses to diseases and dysfunctions, the ultimate goal of regenerative medicine. Stem cell-derived extracellular vesicles (EVs) are recognized as an attractive source because they can enrich exogenous microRNAs (miRNAs) by targeting pathological recipient cells for disease therapy and can overcome the obstacles faced by current cell therapy agents. However, there are some limitations that need to be addressed before using miRNA-enriched EVs derived from stem cells for multiplexed therapeutic targeting in many diseases. Here, we review various roles on miRNA-based stem cell EVs that can induce effective and stable functional improvement of stem cell-derived EVs. In addition, we introduce and review the implications of several miRNA-enriched EV therapies improved by multiplexed targeting in diseases involving the circulatory system and nervous system. This systemic review may offer potential roles for stem cell-derived therapeutics with multiplexed targeting.
Background: MicroRNA (miRNA) plays a crucial role in neuropathic pain (NP) by targeting mRNAs. This study aims to analyze the regulatory function and mechanism of miR-382-5p/dual specificity phosphatase-1 (DUSP1) axis in NP. Methods: We utilized rats with chronic constriction injury (CCI) of the sciatic nerve as the NP model. The levels of miR-382-5p and DUSP1 were reduced by intrathecal injection of lentiviral interference vectors targeting miR-382-5p and DUSP1. The mRNA levels of miR-382-5p and DUSP1 in the dorsal root ganglions (DRGs) were measured by RT-qPCR assay. The pain behavior was evaluated by mechanical nociceptive sensitivity and thermal nociceptive sensitivity. The expression levels of interleukin-6 (IL)-6, IL-1β, and tumor necrosis factor-α in the DRGs were analyzed by ELISA assay. The targeting relationship between miR-382-5p and DUSP1 was verified by DLR assay and RIP assay. Results: Compared to the Sham group, the CCI rats exhibited higher levels of miR-382-5p and lower levels of DUSP1. Overexpression of miR-382-5p significantly decreased DUSP1 levels. Reducing miR-382-5p levels can lower the mechanical nociceptive sensitivity and thermal nociceptive sensitivity of CCI rats and inhibit the over-activation of pro-inflammatory factors. Reduced miR-382-5p levels decreased NP in CCI rats. DUSP1 is the target of miR-382-5p, and down-regulation of DUSP1 reverses the inhibitory effect of reduced miR-382-5p levels on NP. Conclusions: Down-regulation of miR-382-5p inhibits the over-activation of pro-inflammatory factors by targeting and regulating the expression of DUPS1, thereby alleviating NP.
To investigate the role of miR-1297 and the tumor suppressor gene PTEN in cell proliferation of testicular germ cell tumors (TGCT). MTT assays were used to test the effect of miR-1297 on proliferation of the NCCIT testicular germ cell tumor cell line. In NCCIT cells, the expression of PTEN was assessed by Western blotting further. In order to confirm target association between miR-1297 and 3'-UTR of PTEN, a luciferase reporter activity assay was employed. Moreover, roles of PTEN in proliferation of NCCIT cells were evaluated by transfection of PTEN siRNA. Proliferation of NCCIT cells was promoted by miR-1297 in a concentration-dependent manner. In addition, miR-1297 could bind to the 3'-UTR of PTEN based on luciferase reporter activity assay, and reduced expression of PTEN at protein level was found. Proliferation of NCCIT cells was significantly enhanced after knockdown of PTEN by siRNA. miR-1297 as a potential oncogene could induce cell proliferation by targeting PTEN in NCCIT cells.
Fibroblast-like synoviocytes (FLS) with aberrant expression of microRNA (miRNA) are critical pathogenic regulators in rheumatoid arthritis (RA). Previous studies have found that overexpression or silencing of miRNA can contribute to the development of miRNA-based therapeutics in arthritis models. In this study, we explored the effects of miR-27a on cell migration and invasion in cultured FLS from RA patients. We found that miR-27a was markedly downregulated in the serum, synovial tissue, and FLS of RA patients. Meanwhile, the expression of follistatin-like protein 1 (FSTL1) was upregulated, which suggests that FSTL1 plays a key role in RA development. The results of a Transwell assay showed that miR-27a inhibited FLS migration and invasion. However, miR-27a inhibition promoted the migration and invasion of FLS. In addition, the down-regulated expression of matrix metalloproteinases (MMP2, MMP9, and MMP13) and Rho family proteins (Rac1, Cdc42, and RhoA) was detected after treatment with miR-27a in RA-FLS by quantitative reverse transcription-PCR and western blot analysis. Then, a luciferase reporter assay validated that miR-27a targeted the 3-untranslated region (3'-UTR) of FSTL1. Moreover, miR-27a caused a significant decrease of FSTL1. In addition, the expression of TLR4 and $NF{\kappa}B$ was inhibited by miR-27a but increased by FSTL1 overexpression. In conclusion, we found that miR-27a inhibited cell migration and invasion of RA-FLS by targeting FSTL1 and restraining the $TLR4/NF{\kappa}B$ pathway.
MiRNAs are non-coding RNAs that play a role in the regulation of major processes. The inhibition of miRNAs using antisense oligonucleotides (ASOs) is a unique and effective technique for the characterization and subsequent therapeutic targeting of miRNA function. Recent advances in ASO chemistry have been used to increase both the resistance to nucleases and the target affinity and specificity of these ASOs. Peptide nucleic acids (PNAs) are artificial oligonucleotides constructed on a peptide-like backbone. PNAs have a stronger affinity and greater specificity to DNA or RNA than natural nucleic acids and are resistant to nucleases, which is an essential characteristic for a miRNA inhibitor that will be exposed to serum and cellular nucleases. For increasing cell penetration, PNAs were conjugated with cell penetrating peptides (CPPs) at N-terminal. Among the tested CPPs, Tat-modified peptide-conjugated PNAs have most effective function for miRNA inhibition. PNA-based ASO was more effective miRNA inhibitor than other DNA-based ASOs and did not show cytotoxicity at concentration up to 1,000 nM. The effects of PNA-based ASOs were shown to persist for 9 days. Also, PNA-based ASOs showed considerable stability at storage temperature. These results suggest that PNA-based ASOs are more effective ASOs of miRNA than DNA-based ASOs and PNA-based ASO technology, compared with other technologies used to inhibit miRNA activity can be an effective tool for investigating miRNA functions.
microRNAs (miRNAs) are small non-coding RNAs that regulate gene expression by targeting the 3'-untranslated region of multiple target genes. Pathogenesis results from defects in several gene sets; therefore, disease progression could be prevented using miRNAs targeting multiple genes. Moreover, recent studies suggest that miRNAs reflect the stage of the specific disease, such as carcinogenesis. Cystic diseases, including polycystic kidney disease, polycystic liver disease, pancreatic cystic disease, and ovarian cystic disease, have common processes of cyst formation in the specific organ. Specifically, epithelial cells initiate abnormal cell proliferation and apoptosis as a result of alterations to key genes. Cysts are caused by fluid accumulation in the lumen. However, the molecular mechanisms underlying cyst formation and progression remain unclear. This review aims to introduce the key miRNAs related to cyst formation, and we suggest that miRNAs could be useful biomarkers and potential therapeutic targets in several cystic diseases.
It has been reported that exogenously introduced micro-RNA (exo-miRNA) competes with endogenously expressed miRNAs (endo-miRNAs) in human cells, resulting in a detectable upregulation of mRNAs with endo-miRNA target sites (TSs). However, the detailed mechanisms of the competition between exo- and endo-miRNAs remain uninvestigated. In this study, using 74 microarrays that monitored the whole-transcriptome response after introducing miRNAs or siRNAs into HeLa cells, we systematically examined the derepression of mRNAs with exo- and/or endo-miRNA TSs. We quantitatively assessed the effect of the number of endo-miRNA TSs on the degree of mRNA derepression. As a result, we observed that the number of endo-miRNA TSs was significantly associated with the degree of derepression, supporting that the derepression resulted from the competition between exo- and endo-miRNAs. However, when we examined whether the site proficiency of exo-miRNA TSs could also influence mRNA derepression, to our surprise, we discovered a strong positive correlation. Our analysis indicates that site proficiencies of both exo- and endo-miRNA TSs are important determinants for the degree of mRNA derepression, implying that the derepression of mRNAs in response to exo-miRNA is more complex than that currently perceived. Our observations may lead to a more complete understanding of the detailed mechanisms of the competition between exo- and endo-miRNAs and to a more accurate prediction of miRNA targets. Our analysis also suggests an interesting hypothesis that long 3'-UTRs may function as molecular buffer against gene expression regulation by individual miRNAs.
Lee, Bora;Shin, Yeo Jin;Lee, Seung-Min;Son, Young Hoon;Yang, Yong Ryoul;Lee, Kwang-Pyo
BMB Reports
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v.53
no.5
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pp.278-283
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2020
Muscle fibers are generally formed as multinucleated fibers that are differentiated from myoblasts. Several reports have identified transcription factors and proteins involved in the process of muscle differentiation, but the roles of microRNAs (miRNAs) in myogenesis remain unclear. Here, comparative analysis of the miRNA expression profiles in mouse myoblasts and gastrocnemius (GA) muscle uncovered miR-3074-3p as a novel miRNA showing markedly reduced expression in fully differentiated adult skeletal muscle. Interestingly, elevating miR-3074-3p promoted myogenesis in C2C12 cells, primary myoblasts, and HSMMs, resulting in increased mRNA expression of myogenic makers such as Myog and MyHC. Using a target prediction program, we identified Caveolin-1 (Cav1) as a target mRNA of miR-3074-3p and verified that miR-3074-3p directly interacts with the 3' untranslated region (UTR) of Cav1 mRNA. Consistent with the findings in miR-3074-3p-overexpressing myoblasts, knockdown of Cav1 promoted myogenesis in C2C12 cells and HSMMs. Taken together, our results suggest that miR-3074-3p acts a positive regulator of myogenic differentiation by targeting Cav1.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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