thumb|upright=1.75|Pre-miARN em vez de Pri-miARN no primeiro ponto do mecanismo. Diagrama da ação do microRNA (miRNA) com ARNm thumb|upright=1.75|Exemplos de hairpin loop de miARN, com os miRNAs maduros mostrados em vermelho O micro-ARN ou miARN () é um ARN monocatenário, com um comprimento de entre 19 e 25 nucleótidos, cuja principal função é atuar como silenciadores pós-transcricionais, pois pareiam-se com mRNAs específicos e regulam sua estabilidade e tradução. São pequenos RNAs não codificantes de eucariotos. Cada miRNA pode ter de um a centenas ou milhares de alvos, e um mRNA pode ser inibido por diferentes miRNA. Foram pela primeira vez descritos em 1993, por Lee e colaboradores no laboratório de Victor Ambros, no entanto, só em 2001 é que o termo "microARN" foi cunhado, ano em que apareceu num conjunto de três artigos publicados em Science (26 outubro de 2001). Hoje os bancos de dados apresentam em torno de 2000 microRNAs com suas funções bem estabelecidas.
Aspectos Gerais RNAs não codificantes (ou ncRNA, do inglês non coding RNAs) são moléculas transcritas a partir do genoma e não traduzidas em polipeptídeos, permanecendo geralmente no núcleo da célula, onde exercem sua função principal de regulação da expressão gênica tanto transcricional como pós-transcricional. A interferência por moléculas de RNAs não codificantes que atuam transcricionalmente é considerado um mecanismo epigenético, isto é, uma mudança estável e herdável da expressão gênica ou do fenótipo celular sem que haja alterações na sequência de bases do material genético.
NcRNA podem ser divididos em três grandes grupos, em função de seu tamanho. Os dois primeiros correspondem às moléculas bem conservadas entre as espécies, sendo eles (1) MicroRNA (ou miRNA) e RNA de interferência (ou siRNA, do inglês Small interfering RNA) e (2) RNA nucleolares pequenos (ou snoRNA, do inglês small nucleolar RNAs), com tamanhos entre aproximadamente 19 a 30 e 60 a 300 nucleotídeos, respectivamente. O terceiro grupo é representado pelos (3) RNAs longos não codificantes, com pouca conservação e comprimento médio de 2 mil pares de bases. Outros critérios como origem, estrutura, proteínas efetoras associadas e função biológica reduzem os limites entre os grupos de ncRNA e dificultam sua classificação. Apesar de miRNA e siRNA constituírem um único grupo de ncRNA em função de seu tamanho, estrutura, biogênese e mecanismo de ação semelhantes e ampla distribuição filogenética e fisiológica, eles podem ser diferenciados principalmente em função e por sua origem: enquanto os miRNA são tidos como endógenos, ou seja, como produtos do genoma do próprio organismo, os siRNA são considerados primariamente de origem exógena, sendo derivados diretamente de vírus, transposons ou transgenes.
Os miRNAs são pequenas moléculas endógenas de ácido ribonucleico (RNA), não codificantes, com cerca de 22 nucleotídeos (nt), que atuam como reguladores da expressão gênica em plantas e animais, ao nível pós-transcricional através da clivagem de um RNA mensageiro (mRNA) alvo ou da repressão da tradução.
O primeiro miRNA, lin-4, foi descrito em 1993 pelo grupo de Rosalind Lee associado à regulação do desenvolvimento larval de Caenorhabditis elegans (C. elegans). lin-4 regulava negativamente o nível da proteína LIN-14 (da primeira fase larvar), criando uma diminuição da expressão da mesma ao longo do tempo. Sete anos após a descrição de lin-4, ocorreu a descoberta do segundo miRNA, let-7, também no mesmo organismo modelo. Verificou-se que este miRNA atuava ao nível pós-transcricional e apresentava complementaridade parcial com a região 3’ não traduzida (3’-UTR) do mRNA LIN-41.
A existência de genes homólogos no genoma humano, de Drosophila e de outros doze animais bilaterais, permitiu supor que os miRNAs seriam uma classe com funções reguladoras amplas em muitas espécies diferentes. Inicialmente foram denominados como RNAs temporais pequenos (ou stRNA, do inglês small temporal RNAs) devido ao seu papel em etapas do desenvolvimento embrionário de C. Elegans. O termo microRNA só foi cunhado em 2001 em três trabalhos publicados simultaneamente na revista científica Science. Nesta ocasião, os autores descreveram, no total, mais de cem novos genes de miRNA em vertebrados e invertebrados e de forma geral os consideraram amplamente conservados entre as espécies estudadas (humanos, Drosophilae e Caenorhabditis). Entretanto, notaram que estes novos miRNAs não necessariamente eram expressos em diferentes momentos do desenvolvimento embrionário, mas principalmente que eram expressos por diferentes tipos celulares de uma espécie. Desde então, uma série de novos trabalhos utilizando técnicas de clonagem revelaram numerosos novos genes para miRNAs em mamíferos, peixes, helmintos, insetos e plantas. Com isso, a necessidade de catalogar a informação e facilitar a atribuição de nomes a novos miRNA levou ao desenvolvimento de um banco de dados de microRNA – o miRNA Registry, atualmente conhecido como miRBase.
Até 2014, mais de 17000 sequências de miRNAs em mais de 140 espécies diferentes foram catalogadas no miRBase (http://www.mirbase.org/), número este que tem aumentado exponencialmente, e nos últimos três anos quase triplicou e em 2021 temos 14.000 só para humanos sendo que apenas para 2.000 se distinguiu as funções/ações inibitórias.
Em diversas espécies, a distribuição dos genes de miRNA predomina em regiões relativamente distantes de genes previamente anotados, sugerindo que eles derivam de unidades de transcrição independentes. Por outro lado, uma minoria significativa destes miRNA tem suas sequências codificadas em íntrons de pré-mRNA, não possuindo um promotor próprio. Nestes casos, é esperada uma expressão coordenada de um miRNA e uma proteína derivados do mesmo pré-mRNA, compondo um cenário de regulação mais simplificado. Contudo, se coexpressos, tanto o mRNA quanto o miRNA teriam a mesma orientação, o que não se observa na prática. Em outras palavras, o que de fato acontece, pelo menos em C. elegans, é a expressão independente dos miRNAs de regiões intrônicas em relação aos mRNA previstos.
Um grande questionamento entre os especialistas em miRNA é a demora para sua descoberta, uma vez que a resposta definitivamente não está na raridade destas moléculas. Pelo contrário, os miRNA e proteínas associadas são aparentemente um dos complexos ribonucleoproteicos mais abundantes da célula. Assim, alguns autores sugerem dificuldades técnicas de transcriptômica, como a clonagem não otimizada para capturar miRNA, enquanto outros apontam para aspectos da estrutura destas moléculas, como a falta de um quadro aberto de leitura (ou ORF, do inglês open reading frame) que permitisse identificar um candidato a gene. Várias hipóteses existem, mas nenhuma ainda responde satisfatoriamente esta questão.
Meios de comunicação entre Células "descobriu-se que os miRNAs circulantes são diferencialmente expressos em várias doenças humanas. Essas descobertas começaram a nos fazer entender como as células usam miRNAs como moléculas de comunicação no sofisticado diálogo entre elas".
Eixo microRNAs-Microbioma Estudos demonstraram que a função miRNA fecal está relacionado à formação da microbiota intestinal e à influência do metabolismo bacteriano "Devido à sua função moduladora, os miRNAs circulantes e particularmente fecais surgiram como uma ferramenta poderosa para o diagnóstico de doenças e o desenvolvimento de estratégias terapêuticas baseadas em miRNAs."
Biogênese dos microRNAs A maioria dos genes transcritos em miRNAs se localiza em regiões intergênicas e estão organizados de forma isolada em plantas, C. elegans e humanos, sugerindo que são transcritos a partir de unidades transcricionais independentes. Outros miRNAs estão agrupados no genoma em um arranjo e possuem um padrão de expressão que produz um miRNA primário (pri-miRNA) “policistrônico”, capaz de gerar vários miRNAs distintos após a finalização do processamento. Em Drosophila mais da metade desses genes está organizada em clusters. Os miRNAs também podem ser processados por sequências de íntrons de genes codificantes de proteínas, o que compreende aproximadamente 30% dos miRNAs.
O número de genes que codificam miRNAs ultrapassou 110 em C. elegans, 140 na mosca Drosophila melanogaster e 400 em seres humanos, representando cerca de 1% a 2% do número de genes codificadores de proteínas nessas respectivas espécies. Em função do número de genes transcritos em miRNAs já conhecidos e dos diferentes padrões de expressão estabelecidos por estudos de transcriptômica propõe-se que, cada tipo celular tenha um perfil distinto de expressão de miRNA em uma determinada etapa do desenvolvimento embrionário ou tecidual. Esse perfil é resultado da expressão ou não de certas moléculas, como também da abundância destas num dado momento.
De forma geral, a maioria dos genes de miRNA são transcritos pela RNA polimerase II (RNA pol II) no núcleo em miRNAs primários (pri-miRNAs). Individualmente, um pri-miRNA pode produzir um único miRNA ou conter grupos de dois ou mais miRNAs que são processados a partir de um transcrito primário comum. Esses longos pri-miRNA são clivados por um complexo que abrange a enzima RNAse III de cadeia dupla (DROSHA) e seu cofator essencial, a proteína de ligação DGCR8 (DiGeorge Syndrome Critical Region 8 protein) em mamíferos. A DROSHA contém dois domínios de RNAse III, cada qual cliva uma fita do RNA resultando no microRNA precursor (pré-miRNA) com cerca de 70 pares de base, que contém um trecho de fita dupla e uma alça de fita simples, formando uma estrutura em grampo. O pré-miRNA é exportado para o citoplasma pela proteína exportina-5 (XPO-5), onde é clivado pela DICER1, uma RNAse III que avalia as extremidades 3’ e 5’ do pré-miRNA, gerando um miRNA maduro com cerca de 22 nucleotídeos. O processamento do pré-miRNA pela Dicer promove o desenrolamento do duplex de RNA em forma de grampo. Geralmente, apenas uma fita é incorporada no RNP (fita guia), sendo que a seleção da fita depende da sua instabilidade termodinâmica e da fragilidade do pareamento de bases em relação à outra cadeia. A posição na formação do grampo também pode influenciar na escolha da fita. A outra fita, chamada fita passageira, é indicada com um asterisco (*) e é normalmente degradada. Em alguns casos ambas as cadeias do duplex são viáveis e ambas se tornam miRNAs funcionais que tem como alvo populações de mRNA diferentes.
A DICER1 se associa com a proteína TRBP (transactivation responsive RNA binding protein, também chamada de TRBP2), que se liga ao RNA dupla-fita (dsRNA). A TRBP também liga fisicamente à DICER1 com as proteínas Argonautas (AGO1, AGO2, AGO3 ou AGO4, por exemplo) na montagem do complexo ribonucleoproteico (RNP). O RNP procura pelos mRNAs alvo através da busca de sequências nucleotídicas complementares usando uma das fitas do microRNA como molde. As proteínas denominadas Argonautas são compostas por dois domínios, o PAZ que pode se ligar à porção 3’ da fita simples do miRNA maduro e o domínio PIWI que é estruturalmente semelhante a ribonuclease-H e interage com porção 5’ da fita guia. Esses domínios se ligam ao miRNA maduro e orientam a interação com o mRNA alvo.
Uma fita do miRNA maduro (fita guia) é então ligada por uma Argonauta e retida no RNP guiando o complexo ao mRNA alvo no silenciamento gênico pós-transcricional. Esse passo ocorre nos corpos de processamento (p-bodies), que são estruturas citoplasmáticas envolvidas no controle da expressão gênica pós-transcricional. Esse controle regula a renovação de mRNA, bem como a remoção de RNA anormais e com mutações sem sentido. A formação dos p-bodies parece depender de proteínas específicas e RNA, em particular, miRNAs.
Biogênese em plantas