ABSTRACT

MiRNA isoforms (isomiRs) are single stranded small RNAs originating from the same pri-miRNA hairpin as a result of cleavage by Drosha and Dicer enzymes. Variations at the 5ʹ-end of a miRNA alter the seed region of the molecule, thus affecting the targetome of the miRNA. In this manuscript, we analysed the distribution of miRNA cleavage positions across 31 different cancers using miRNA sequencing data of TCGA project. As a result, we found that the processing positions are not tissue specific and that all miRNAs could be correctly classified as ones exhibiting homogeneous or heterogeneous cleavage at one of the four cleavage sites. In 42% of cases (42 out of 100 miRNAs), we observed imprecise 5ʹ-end Dicer cleavage, while this fraction was only 14% for Drosha (14 out of 99). To the contrary, almost all cleavage sites of 3ʹ-ends (either Drosha or Dicer) were heterogeneous. With the use of only four nucleotides surrounding a 5ʹ-end Dicer cleavage position we built a model which allowed us to distinguish between homogeneous and heterogeneous cleavage with the reliable quality (ROC AUC = 0.68). Finally, we showed the possible applications of the study by the analysis of two 5ʹ-end isoforms originating from the same exogeneous shRNA hairpin. It turned out that the less expressed shRNA variant was functionally active, which led to the increased off-targeting. Thus, the obtained results could be applied to the design of shRNAs whose processing will result in a single 5ʹ-variant.

摘要

由于 Drosha 和 Dicer 酶的切割，miRNA 同种型 (isomiRs) 是源自相同 pri-miRNA 发夹的单链小 RNA。miRNA 5′端的变异改变了分子的种子区域，从而影响了 miRNA 的靶标组。在这份手稿中，我们使用 TCGA 项目的 miRNA 测序数据分析了 31 种不同癌症中 miRNA 切割位置的分布。结果，我们发现处理位置不是组织特异性的，并且所有 miRNA 都可以正确分类为在四个切割位点之一表现出同质或异质切割的 miRNA。在 42% 的情况下（100 个 miRNA 中的 42 个），我们观察到不精确的 5'-末端 Dicer 切割，而 Drosha 的这一比例仅为 14%（99 个中的 14 个）。从相反的方面来说，几乎所有 3ʹ-末端的切割位点（Drosha 或 Dicer）都是异质的。通过仅使用围绕 5'-末端 Dicer 切割位置的四个核苷酸，我们建立了一个模型，该模型使我们能够以可靠的质量区分同质和异质切割（ROC AUC = 0.68）。最后，我们通过分析源自同一个外源性 shRNA 发夹的两个 5′端同工型，展示了该研究的可能应用。事实证明，表达较少的 shRNA 变体具有功能活性，这导致脱靶增加。因此，获得的结果可应用于设计 shRNA，其加工将产生单个 5′-变体。通过仅使用围绕 5'-末端 Dicer 切割位置的四个核苷酸，我们建立了一个模型，该模型使我们能够以可靠的质量区分同质和异质切割（ROC AUC = 0.68）。最后，我们通过分析源自同一个外源性 shRNA 发夹的两个 5′端同工型，展示了该研究的可能应用。事实证明，表达较少的 shRNA 变体具有功能活性，这导致脱靶增加。因此，获得的结果可应用于设计 shRNA，其加工将产生单个 5′-变体。通过仅使用围绕 5'-末端 Dicer 切割位置的四个核苷酸，我们建立了一个模型，该模型使我们能够以可靠的质量区分同质和异质切割（ROC AUC = 0.68）。最后，我们通过分析源自同一个外源性 shRNA 发夹的两个 5′端同工型，展示了该研究的可能应用。事实证明，表达较少的 shRNA 变体具有功能活性，这导致脱靶增加。因此，获得的结果可应用于设计 shRNA，其加工将产生单个 5′-变体。事实证明，表达较少的 shRNA 变体具有功能活性，这导致脱靶增加。因此，获得的结果可应用于设计 shRNA，其加工将产生单个 5′-变体。事实证明，表达较少的 shRNA 变体具有功能活性，这导致脱靶增加。因此，获得的结果可应用于设计 shRNA，其加工将产生单个 5′-变体。