miRNA (microRNA, マイクロRNA) は、ゲノム上にコードされ、多段階的な生成過程を経て最終的に20から25塩基長の微小RNAとなる機能性核酸であるmiRNAの命名・分類についての指針： Victor Ambros, Bonnie Bartel, David P. Bartel, Christopher B. Burge, James C. Carrington, Xuemei Chenand, Gideon Dreyfuss, Sean R. Eddy, Sam Griffiths-Jones, Mhairi Marshall, Marjori Matzke, Gary Ruvkun and Thomas Tuschl (2003) "A uniform system for microRNA annotation", RNA, 9: 277-279. URL 。
この鎖長の短いmiRNAは、機能性のncRNA (non-coding RNA, ノンコーディングRNA, 非コードRNA： タンパク質へ翻訳されないRNAの総称) に分類されており、ほかの遺伝子の発現を調節するという、生命現象において重要な役割を担っているマイクロRNAの機能：Victor Ambros、The functions of animal microRNAs、Nature 431, 350-355 (16 September 2004)。miRNAとタンパク質の関わり：Dennis Murphy, Barry Dancis and James R Brown, The evolution of core proteins involved in microRNA biogenesis, BMC Evolutionary Biology 2008.。
miRNAの発見 1993年、C.elegans (Caenorhabditis elegans, 線虫) で、ヴィクター・アンブロス、R. C. Lee、R. Feinbaumらは最初のmiRNA (lin-4) を発見したmiRNAとして初めて発見されたlin-4 の報告： Lee, R.C., Feinbaum, R.L. and Ambros, V. (1993) "The C. elegans heterochronic gene lin-4 encodes small RNAs with antisense complementarity to lin-14", Cell, 75: 843–854. URL 。。このときはmiRNAではなくstRNA (small temporal RNA, 小分子RNA) と呼ばれていた。 miRNAという学名は、2001年に発行されたScience誌の論文で提唱されたmiRNAの提唱：米国のハーバード大学医学部のゲイリー・ラヴカンらの研究グループ、Science. 2001 Oct 26;294(5543):797-9. URL 。マサチューセッツ大学メディカルスクールのヴィクター・アンブロスらの研究グループ、An extensive class of small RNAs in Caenorhabditis elegans. [Science. 2001]。マサチューセッツ工科大学のデイビッド・バーテルらの研究グループ、An abundant class of tiny RNAs with probable regulatory roles in Caenorhabditis elegans. [Science. 2001]。ロックフェラー大学のトーマス・トゥシュルらの研究グループ、Identification of novel genes coding for small expressed RNAs. [Science. 2001]。。
2001年以降、miRNA研究は急速に進展した。年々新たな種類のmiRNAが発見され、miRNAは種別を問わず、さまざまな種類の生物 (植物： シロイヌナズナ, イネ; 動物： シー・エレガンス, ショウジョウバエ; 哺乳類： マウス, ヒト) に存在していることが明らかになったlet-7の発見：Reinhart BJ, Slack FJ, Basson M, Pasquinelli AE, Bettinger JC, Rougvie AE, Horvitz HR, Ruvkun G. The 21-nucleotide let-7 RNA regulates developmental timing in Caenorhabditis elegans. Nature. 2000 Feb 24;403(6772):901-6.let-7は種を超えて保存されている：Pasquinelli AE, Reinhart BJ, Slack F, Martindale MQ, Kuroda MI, Maller B, Hayward DC, Ball EE, Degnan B, Müller P, Spring J, Srinivasan A, Fishman M, Finnerty J, Corbo J, Levine M, Leahy P, Davidson E, Ruvkun G. Conservation of the sequence and temporal expression of let-7 heterochronic regulatory RNA. Nature. 2000 Nov 2;408(6808):86-9.miRNAは脊椎動物の複雑性に寄与する：Alysha M. Heimberg, Lorenzo F. Sempere, Vanessa N. Moy, Philip C. J. Donoghue and Kevin J. Peterson. MicroRNAs and the advent of vertebrate morphological complexity. 2946–2950 PNAS February 26, 2008 vol. 105 no. 8.。
2014年時点で、223種類の生物において35,828種類のmiRNAが発見されているmiRBase (the microRNA database, ミアベース) に登録されているmiRNA塩基配列の総数：Sam Griffiths-Jones, Russell J. Grocock, Stijn van Dongen, Alex Bateman, and Anton J. Enright. miRBase: microRNA sequences, targets and gene nomenclature. Nucleic Acids Res. 2006 Jan 1; 34(Database issue): D140–D144.。
miRNAの命名法
新たに発見されたmiRNAの名称は、以下の(1)～(5)にしたがって決められるmiRNAの命名法：Sam Griffiths-Jones, Harpreet Kaur Saini, Stijn van Dongen and Anton J. Enright. miRBase: tools for microRNA genomics. Nucl. Acids Res. (2008) 36 (suppl 1).。
(1) 生物の種類を定義する。
ショウジョウバエ型miRNAの場合、dmeの略称を使用する。 マウス型miRNAの場合、mmuの略称を使用する。 ヒト型miRNAの場合、hsaの略称を使用する。
(2) 構造のタイプを定義する。
前駆体の場合、mirを使用する。 成熟体の場合、miRを使用する。 一部例外も存在する。
(3) 塩基配列の登録番号を定義する。
同定された順に番号を付ける。 類似した配列の場合、番号の後ろに小文字のアルファベットを付ける。
(4) 生成過程の由来を定義する。
異なる遺伝子座を由来とする場合、数字で区別する。 異なる前駆体を由来とする場合、5'末端側の鎖を5p、3'末端側の鎖を3pとして区別する。 定義しない場合もある。
(5) miRNAの名称を定義する。
(1)～(4)で定義した因子をハイフン (“‐”) でつなげる。 一例として、dme-let-7、mmu-mir-1-1およびhsa-miR-15a-5pなどが挙げられる。
miRNAの生合成
ゲノムDNAには、miRNAの塩基配列とほぼ相補な配列が含まれているマイクロRNAの生成機構の総説：Leigh-Ann MacFarlane and Paul R. Murphy、MicroRNA: Biogenesis, Function and Role in Cancer、Curr Genomics. 2010 Nov; 11(7): 537–561。。一般に、この配列はmiRNA遺伝子と呼ばれているmiRNA遺伝子とそのターゲット：Paul W.C. Hsu, Hsien-Da Huang, Sheng-Da Hsu, Li-Zen Lin, Ann-Ping Tsou, Ching-Ping Tseng, Peter F. Stadler, Stefan Washietl and Ivo L. Hofacker. miRNAMap: genomic maps of microRNA genes and their target genes in mammalian genomes. Nucleic Acids Research, 2006, Vol. 34, Database issue D135–D139.。
ここでいう相補生命とは何か： シュレーディンガー, エルヴィン (2008) 『生命とは何か―物理的にみた生細胞』(岡 小天・鎮目 恭夫訳) 岩波書店. とは、核酸塩基がワトソン・クリック型塩基対を形成していることを意味するDNAの2重らせん構造：Watson JD, Crick FH. Molecular structure of nucleic acids: a structure for deoxyribose nucleic acid. J.D. Watson and F.H.C. Crick. Published in Nature, number 4356 April 25, 1953. Nature. 1974 Apr 26;248(5451):765.。具体的には、A (adenine, アデニン), T (tymine, チミン), G (guanine, グアニン), C (cytosine, シトシン), U (uracil, ウラシル) の5種類の天然型塩基が特定のペアー同士で水素結合によって塩基対を形成する。AとT/Uは2本の水素結合により対をなす。GとCは3本の水素結合により対をなす。したがって水素結合の数が1本多いことから、G：Cの塩基対はA：T/Uの塩基対よりも安定性が高い。
pri-miRNAの生成
miRNA遺伝子がRNAポリメラーゼIIによって1本鎖RNAに転写されると、転写されたRNA配列内で相補な部分は、内在的に結合して2本鎖になるmicroRNA遺伝子はRNAポリメラーゼIIによって転写される：Yoontae Lee, Minju Kim, Jinju Han, Kyu-Hyun Yeom, Sanghyuk Lee, Sung Hee Baek and V Narry Kim. MicroRNA genes are transcribed by RNA polymerase II. EMBO J. 2004 Oct 13; 23(20): 4051–4060.。そうして最終的な構造はヘアピンループ型の構造（tRNAに類似した形状）となるpri-miRNAの配列決定：Vincent C. Auyeung, Igor Ulitsky, Sean E. McGeary and David P. Bartel、Beyond secondary structure: primary-sequence determinants license pri-miRNA hairpins for processing、Cell. 2013 February 14; 152(4): 844–858。。この構造をとったmiRNAはpri-miRNA (primary miRNA, 初期転写産物) と呼ばれているmiRNAのプロセシング機構と細胞局在性：Y. Lee, K. Jeon, J.-T. Lee, S. Kim, V.N. Kim. MicroRNA maturation: stepwise processing and subcellular localization. EMBO J, 21 (2002), pp. 4663–467.。pri-miRNAは数百～数千塩基長の長鎖RNAであり、5’末端側にキャップ構造 (5'-cap: 7mGppp, 7-methyl guanosine) が形成されており、3'末端側にポリAテール (3'-poly-A tail: AA...A, polyadenosine) が付与されているpri-miRNAの末端構造：XUEZHONG CAI, CURT H. HAGEDORN and BRYAN R. CULLEN, Human microRNAs are processed from capped, polyadenylated transcripts that can also function as mRNAs. RNA (2004), 10:1957–1966.。
通常、ヘアピンループ型の構造をとる部分以外については配列がミスマッチになっており、この構造はスターフォームと呼ばれているヒトES細胞における配列決定：Merav Bar, Stacia K. Wyman, Brian R. Fritz, Junlin Qi, Kavita S. Garg, Rachael K. Parkin, Evan M. Kroh, Ausra Bendoraite, Patrick S. Mitchell, Angelique Nelson, Walter L. Ruzzo, Carol Ware, Jerald P. Radich, Robert Gentleman, Hannele Ruohola-Baker and Muneesh Tewari. MicroRNA discovery and profiling in human embryonic stem cells by deep sequencing of small RNA libraries. Stem Cells. 2008 Oct; 26(10): 2496–2505.マイクロRNAの生成：Minju Ha & V. Narry Kim、Regulation of microRNA biogenesis、Nature Reviews Molecular Cell Biology 15, 509–524 (2014)。。
pre-miRNAの生成
核内に存在するRNaseIII様のDrosha (ドローシャ) と呼ばれる酵素がこのpri-miRNA分子の一部を切断して、約70塩基長のステムループ構造をもつpre-miRNA (precursor miRNA, 成熟したmiRNAの前駆体) を作るマイクロRNAの生成パスウェイ：Elizabeth P Murchison, Gregory J Hannon, miRNAs on the move: miRNA biogenesis and the RNAi machinery, Current Opinion in Cell Biology, Volume 16, Issue 3, June 2004, Pages 223–229.。次いで、pre-miRNA分子はExportin-5と呼ばれるキャリアタンパク質によって細胞核の外に輸送される成熟マイクロRNAの生成機構：Julia Winter, Stephanie Jung, Sarina Keller, Richard I. Gregory & Sven Diederichs、Many roads to maturity: microRNA biogenesis pathways and their regulation、Nature Cell Biology 11, 228 - 234 (2009)。。
mature-miRNAの生成
細胞質に放出された後、Dicer（ダイサー：RNAi (RNA interference, RNA干渉) を参照）と呼ばれる酵素のスプライシングによって、pre-miRNAは20から25塩基長の2本鎖miRNAとなるmiRNAの生合成と翻訳抑制機能：Lin He and Gregory J.Hannon, MicroRNAs: small RNAs with a big role in gene regulation , Nature Reviews Genetics 5; 631(2004).。
ただし植物の場合、2本鎖miRNAはpri-miRNAからDicerによって直接的に切り出されるmiRNAとsiRNAが関与する生成過程の報告（科学雑誌Sccienceの同号、ほか2つの論文とともに）： David Baulcombe (2002) "AnRNAMicrocosm",Science,297:2002-2003. URL 。
2本鎖miRNAは、Ago（Argonaute, アルゴノート）タンパク質からなるRISC (RNA-induced silencing complex, RNA誘導サイレンシング複合体) タンパク質群に取り込まれるsiRNAのRISC取り込み：Matranga C, Tomari Y, Shin C, Bartel DP, Zamore PD.: Passenger-strand cleavage facilitates assembly of siRNA into Ago2-containing RNAi enzyme complexes. Cell 123: 607-620, 2005.哺乳類型の成熟マイクロRNAにおけるRISCへの取り込み：Yanwen Guo, Jun Liu, Sarah J. Elfenbein, Yinghong Ma, Mei Zhong, Caihong Qiu, Ye Ding and Jun Lu、Characterization of the mammalian miRNA turnover 、Nucl. Acids Res. (2015)。。
RISCに取り込まれた2本鎖miRNAはRISC中で解かれ、2つの1本鎖miRNAとなるRISC中の2本鎖miRNAの1本鎖化：Kawamata T, Seitz H, Tomari Y. Structural determinants of miRNAs for RISC loading and slicer-independent unwinding. Nat Struct Mol Biol. 2009 Sep;16(9):953-60.。そのうち、より不安定な1本鎖は分解される。
もう一方の安定な1本鎖miRNAはmRNA (messenger RNA, 伝令RNA) の3'-UTR (untranslated region, 非翻訳領域) と部分相補的な遺伝子配列をもっている。つまり、その1本鎖miRNAは自身と部分相補的な塩基配列をもつmRNAに結合することで、その遺伝子の翻訳反応を阻害するmiRNAはpoly A tailの短縮化を介し標的mRNAの翻訳反応を抑制する：Motoaki Wakiyama, Koji Takimoto, Osamu Ohara, Shigeyuki Yokoyama. Let-7 microRNA-mediated mRNA deadenylation and translational repression in a mammalian cell-free system. Genes Dev. 2007 Aug 1;21(15):1857-62.。このような機能をもつ1本鎖miRNAはmature-miRNA (成熟miRNA, 機能性miRNA) と呼ばれているmature-miRNAの制御能：Victor Ambros. microRNAs: Tiny Regulators with Great Potential. Cell, Vol. 107, 823–826, December 28, 2001.。ただし植物の場合、siRNA (short-interfering RNA, 低分子干渉RNA) によるRNAiのように、miRNAは標的mRNAを分解させるマイクロRNAの機能：Bartel DP、 MicroRNAs: Genomics, biogenesis, mechanism, and function. Cell 116: 281-297, 2004.植物由来のmiRNAはmRNAを分解させる：Jones-Rhoades MW, Bartel DP, Bartel B、MicroRNAS and their regulatory roles in plants. Annu Rev Plant Biol. 2006;57:19-53.。
mature-miRNAの塩基配列の5'-末端側より2番目～8番目までの7塩基は、seed配列と呼ばれているseed配列の提唱：Lewis B.P., Shih I.H., Jones-Rhoades M.W., Bartel D.P., Burge C.B.、Prediction of mammalian microRNA targets.、Cell. 2003;115:787–798.。この配列と相補的な配列をもつmRNAは、mature-miRNAの標的として強く認識されるseed配列と遺伝子発現抑制の相関：Naoki Hibio, Kimihiro Hino, Eigo Shimizu, Yoshiro Nagata & Kumiko Ui-Tei、Stability of miRNA 5′terminal and seed regions is correlated with experimentally observed miRNA-mediated silencing efficacy、Scientific Reports 2, Article number: 996 (2012)。。