thumb|400px|Exemplos de talos-lazo (stem-loops) de miARN, cos miARN maduros mostrados en vermello. O microARN ou miARNNesta palabra micro é un prefixo, non un adxectivo (en inglés miRNA) é un ARN monocatenario, dunha lonxitude de entre 21 e 25 nucleótidos, que ten a capacidade de regular a expresión de xenes por medio de diversos procesos, utilizando a ruta da interferencia de ARN (RNAi).Pillai RS. MicroRNA function: multiple mechanisms for a tiny RNA? RNA 2005 Dec;11(12):1753-6
Foron descritos inicialmente en 1993 por Lee e colaboradores no laboratorio de Victor Ambros, pero o termo "microRNA" (sic) non se acuñou ata 2001, ano en que apareceu nun conxunto de tres artigos publicados en Science (26 de outubro de 2001). A principios de 2008, certas análises computacionais realizadas por IBM suxerían a presenza de arredor de 50.000 miARN diferentes no xenoma humano, cada un talvez con miles de dianas de ARNm potenciais (despois non se atoparon tantos).Glasser V. Tapping miRNA-Regulated Pathways. Genetic Eng Biotech News Mar 1 2008 (Vol. 28, No. 5) Victor Ambros e Gary Ruvkun obtiveron o Nobel de Medicina en 2024 pola súa descuberta do microARN.
Definición Unha vez descubertos os ARN interferentes pequenos (siRNA) e a existencia nas células de proteínas que catalizan a degradación do ARNm, os investigadores preguntáronse se os siRNA tamén estaban codificados no xenoma, e empezaron a purificar pequenos ARN (de 19-25 nucleótidos) en diferentes especies animais. Porén, non encontraron siRNA, senón os denominados microARN, que se identificaran anteriormente de forma independente.
miniatura|300px|dereita|Principais diferenzas entre o silenciamento de xenes entre plantas e animais. Os microARN endóxenos ou os siRNA son procesados pola ribonuclease Dicer e integrados no complexo RISC, que media o silenciamento de xenes.
miniatura|Estrutura secundaria en stem-loop (talo-lazo) dun pre-miARN de Brassica oleracea.
Os miARN son moléculas de ARN transcritas a partir de xenes de ADN, pero non son traducidas a proteínas. Exprésanse nunha ampla variedade de organismos, desde plantas ata vermes e humanos. As secuencias de moitos miARN están ben conservadas entre especies,Bartel DP. MicroRNAs: genomics, biogenesis, mechanism, and function. Cell 2004 Jan 23;116(2):281-97 e moitos compoñentes da maquinaria dos miARN se encontraron mesmo nas Archaea e eubacterias, o que revela que a súa orixe é moi antiga. Algúns recontos de miARN en humanos identificaban ata 800, o que implicaría que os miARN poderían representar como mínimo o 3% de todos os xenes humanos.Bentwich I, Avniel A, Karov Y, Aharonov R, Gilad S, Barad O, Barzilai A, Einat P, Einav U, Meiri E, Sharon E, Spector Y, Bentwich Z. Identification of hundreds of conserved and nonconserved human microRNAs. Nat Genet. 2005 Jul;37(7):766-70
A secuencia de ADN que codifica un xene de miARN ten unha lonxitude que supera o tamaño final do propio miARN e inclúe a rexión miARN e unha rexión que é complementaria á anterior, o que permite o seu emparellamento por pontes de hidróxeno. Isto comporta que, durante a transcrición desta secuencia de ADN, se forman rexións que teñen a capacidade de formar unha forquita e xerar un ARN bicatenario primario longo coñecido como pri-miARN. Posteriormente, un encima nuclear chamado drosha corta as bases da forquita, formando o que se denomina pre-miARN. Este pre-miARN é transportado desde o núcleo ao citoplasma pola proteína exportina 5. Unha vez que o pre-miRNA está no citoplasma é fragmentado polo encima Dicer, que o corta ata a lonxitude final de 20-25 nucleótidos.
Funcións A función dos miARN está relacionada coa regulación da expresión xénica. Un miARN é complementario dunha parte dun ou máis ARN mensaxeiros (ARNm). Os miARN de animais adoitan mostrar complementariedade imperfecta coa rexión 3' UTR, e xeralmente inhiben a tradución do ARNm, entanto que os das plantas adoitan mostrar complementariedade perfecta con rexións codificantes e inducen o corte e a posterior degradación do ARNm diana (como acontece cos siRNA en animais).
Antes de clasificalos como parte da vía da RNAi, os miARN foron identificados inicialmente en vermes, nos que regulan as fases do desenvolvemento,Wightman B, Ha I, Ruvkun G. Posttranscriptional regulation of the heterochronic gene lin-14 by lin-4 mediates temporal pattern formation in C. elegans. Cell 1993 Dec 3;75(5):855-62 pero actualmente sabemos que están implicados nunha ampla variedade de procesos do desenvolvemento e poderían ter unha función no establecemento de redes e no axuste fino da expresión xénica na célula.Ambros V. MicroRNA pathways in flies and worms: growth, death, fat, stress, and timing. Cell 2003 Jun 13;113(6):673-6 Dado que o número de dianas potenciais dos miARN é de miles (arredor do 30% dos xenes humanos), os miARN poderían constituír outro nivel máis do circuíto regulador que existe nas células.Bartel DP, Chen CZ. Micromanagers of gene expression: the potentially widespread influence of metazoan microRNA. Nat Rev Genet. 2004 May;5(5):396-400 Isto implica que calquera desregulación dos miARN podería supoñer grandes problemas reguladores na célula, inducindo quizais fenotipos cancerosos. De feito, demostrouse que os perfís de expresión dos miARN están modificados nun gran número de tipos de cáncerLu C, Tej SS, Luo S, Haudenschild CD, Meyers BC, Green PJ. Elucidation of the small RNA component of the transcriptome. Science 2005 Sep 2;309(5740):1567-9 e que a sobreexpresión forzada dos miARN podería conducir ao desenvolvemento de tumores.He L, Thomson JM, Hemann MT, Hernando-Monge E, Mu D, Goodson S, Powers S, Cordon-Cardo C, Lowe SW, Hannon GJ, Hammond SM. A microRNA polycistron as a potential human oncogene. Nature 2005 Jun 9;435(7043):828-33
Características dos miARN Os miRNA transcríbense en diferentes localizacións do xenoma como longos transcritos primarios (pri-miRNA) pola ARN polimerase II.Kim VN. MicroRNA biogenesis: coordinated cropping and dicing. Nat Rev Mol Cell Biol. 2005 May;6(5):376-85
Os miARN poden atoparse en moitos tipos de loci no xenoma:Zhao Y, Srivastava D.A developmental view of microRNA function. Trends Biochem Sci. 2007 Apr;32(4):189-97 A transcrición dos miARN pode estar regulada independentemente por promotores específicos, como ocorre con miR-1–1 e miR-133a-2, que están regulados polos factores de transcrición SRF (Serum Response Factor) e MyoDZhao Y, Samal E, Srivastava D. Serum response factor regulates a muscle-specific microRNA that targets Hand2 during cardiogenesis. Nature 2005 Jul 14;436(7048):214-20 (ver o apartado "Funcións durante o desenvolvemento"). Tales miARN poden de todas as maneiras estar localizados en intróns pero a miúdo cunha orientación antisentido. A maioría dos precursores de miARN presentes en intróns teñen a mesma orientación ca o xene no que se sitúan e son inicialmente transcritos como parte do seu ARN precursor. Por exemplo, miR-208, que se expresa especificamente no corazón humano e de rato, reside no intrón 28 da cadea pesada da α-miosina cardíaca. Os pri-miARN intrónicos poden producirse por corte do intrón pola endonuclease Drosha, despois de que se producise o proceso de splicing. Con poucas excepcións, os miARN que están integrados ou se superpoñen con exóns de transcritos coñecidos, teñen sempre a mesma orientación, e a maioría encóntranse nas rexións non codificantes UTR 5′ ou 3′ (por exemplo, miR-198 en follistatin-like 1). Aproximadamente o 50% dos miARN están en clusters de miARN que están inicialmente codificados como un transcrito policistrónico (que inclúe varios xenes),O'Donnell KA, Wentzel EA, Zeller KI, Dang CV, Mendell JT. c-Myc-regulated microRNAs modulate E2F1 expression. Nature 2005 Jun 9;435(7043):839-43 que posteriormente se fragmenta en múltiples miARN. Na maioría dos casos, os miARN policistrónicos comparten o mesmo patrón de expresión. Porén, os niveis relativos dos miRNA dentro do clúster parecen estar regulados dunha maneira dependente do desenvolvemento e a homeostase, o que suxire unha complexidade aínda non definida na regulación da expresión xénica.
Bioxénese e procesamento miniatura|250px|Os microARN prodúcense a partir dun microARN precursor (pre-miARN), que á súa vez se forma a partir dun transcrito de microARN primario (pri-miRNA).
Os xenes que codifican miARN son moito máis longos cós miARN procesados maduros; os miARN transcríbense inicialmente como transcritos primarios ou pri-miARN cunha gorra ou carapucha no extremo 5' e unha cola de poli-adeninas (poli-A) no 3' e procésanse no núcleo celular en estruturas curtas de 70 nucleótidos en forma de talo-lazo (stem-loop) coñecidas como pre-miARN. En animais este procesamento realízase por un complexo proteico chamado Microprocesador, que consta da nuclease DroshaDrosha e a proteína de unión a ARN de dobre hélice Pasha.PashaDenli AM, Tops BB, Plasterk RH, Ketting RF, Hannon GJ. (2004). Nature 432(7014):231-5. Estes pre-miARN son logo procesados a miARN maduros no citoplasma por medio da interacción coa endonuclease Dicer, que tamén inicia a formación do complexo RISC (RNA-induced silencing complex, complexo silenciador inducido por ARN).Bernstein E, Caudy AA, Hammond SM, Hannon GJ. (2001). Role for a bidentate ribonuclease in the initiation step of RNA interference. Nature 409(6818):363-6. Este complexo é o responsable do silenciamento de xenes que se observa debido á expresión dos miARN e á interferencia de ARN mediada por siRNAs. A vía varía lixeiramente en plantas, debido a que carecen de homólogos de Drosha; no seu lugar son só homólogos de Dicer os que realizan algúns dos pasos do procesamento.Kurihara Y, Watanabe Y. (2004). Arabidopsis micro-RNA biogenesis through Dicer-like 1 protein functions. Proc Natl Acad Sci USA 101(34):12753-8. A vía tamén é diferente para os miARN derivados de talos-lazos (stem-loops) procedentes de secuencias intrónicas; neste caso procésanse por Dicer pero non por Drosha. Tanto a fibra con sentido coma a antisentido do ADN poden funcionar como molde para producir miARN.
DroshaFilipowicz W, Jaskiewicz L, Kolb FA, Pillai RS. Post-transcriptional gene silencing by siRNAs and miRNAs. Curr Opin Struct Biol. 2005 Jun;15(3):331-41 (RNASEN en humanos)RNASEN é unha proteína nuclear dun tamaño entre 130 e 160 kDa (quiloDalton). Contén os dominios seguintes: Dous dominios ARNase III (os dominios catalíticos). Un dominio dsRBD (double-strand RNA-binding domain, dominio de unión ao ARN de dobre cadea). Dominios conservados (na parte N-terminal), dos que non se coñece a función. Drosha funciona nun complexo (o Microprocesador), conxuntamente cunha proteína de unión ao ARN (denominada Pasha en Drosophila ou DGCR8 en mamíferos). DGCR8MacRae IJ, Doudna JA. Ribonuclease revisited: structural insights into ribonuclease III family enzymes. Curr Opin Struct Biol. 2007 Feb;17(1):138-45 DGCR8 é unha proteína de unión ao ADN que recoñece a zona de unión entre o ARN de dobre cadea e o monocatenario e sitúa a ribonuclease Drosha a unha distancia de 11 nucleótidos (que corresponde a unha volta de hélice) desde a zona de unión. Por tanto, a función de DGCR8 no complexo Microprocesador é análoga ao dominio PAZ de Dicer; DGCR8 proporciona especificidade de substrato e sitúa axeitadamente o centro da ribonuclease Drosha. Porén, no caso de Drosha-DGCR8, o dominio de especificidade está localizado nunha cadea polipeptídica separada dos dominios ARNase III. Propúxose que o dominio WW de unión a prolinas de DGCR8 interacciona co extremo N-terminal de Drosha, rico en prolinas. É posible que Drosha teña outras posibles proteínas asociadas que presenten dominios WW que lle dean especificidades de substrato alternativas e funcións biolóxicas adicionais de Drosha.