Nature子刊：解析miRNA生成調控機制
日期：2012-06-14 07:58:16
MicroRNAs (miRNAs) 是真核生物中廣泛存在的一種長約21到23個核苷酸的RNA分子，可調節其他基因的表達。miRNA來自一些從DNA轉錄而來，但無法進一步轉譯成蛋白質的RNA（屬于非編碼RNA）。
這些RNA從初級轉錄本（primary transcript），也就是pri-miRNA，轉變成為稱為miRNA前體（pre-miRNA）的莖環結構，最后成為了具有功能的miRNA。細胞借助于一種特殊的機器——“微處理器”復合物（"Microprocessor" complex）將這些長鏈的miRNA前體切斷，然后將它們轉變為較短的功能性的miRNA形式。生成的miRNAs與特異性信使RNA（mRNA）分子結合，抑制轉錄后基因表達，在調控基因表達、細胞周期、生物體發育時序等方面起重要作用。在動物中，miRNAs通常可以調控成百上千不同基因的表達。
然而微處理器復合物也可以切斷其他類型的RNA，例如mRNAs，這些mRNAs有時會生成與miRNAs靶位點相似的不穩定結構。裂解這種錯誤的RNAs有可能對生物體帶來災難性后果。
在近期發布在《自然結構與分子生物學》（Nature Structural and Molecular Biology）雜志的一篇論文中，來自魏茨曼科學研究所分子遺傳學系的Eran Hornstein博士、Naama Barkai教授和前博士生Omer Barad與Mati Mann側重了解了這種微處理器在miRNAs生成中平衡有效性和特異性之間相互作用的機制。“一方面，它不應該過于有效，因為這可能會導致裂解不必要的非特異性RNA底物為代價。另一方面，也不應該太‘嚴格’因為過度的特異性會帶來不充分加工真正miRNAs的風險，”Hornstein說。
在一個跨學科研究項目中，科學家們利用數學建模確定了微處理器系統的特征，然后在細胞中測試了它們的理論。他們預測有效性和特異性之間的平衡是通過一個反饋回路維持，在這個反饋回路中微處理器檢測到細胞內可用pre-miRNA的數量，相應地改變自身的生產。
在小鼠和人類組織中檢測這一假說，研究人員能夠證實微處理器確實調控了miRNA前體的水平，當細胞充滿miRNA前體時則提高自身的生產，或在前體量下降時作出反應停止生產。這是通過消化一種在結構上與miRNA相似的Dgcr8 mRNA而實現的。通過與miRNAs維持水平一致，微處理器由此減少了切斷靶RNAs的機會。
由于合成小RNAs是對于多種疾病一種可能的新療法，這一研究或可直接促成未來有效的治療。此外，許多其他的生物系統需要兼顧有效性和特異性，該研究小組的結果表明許多可能是以相似的方式來實現的。
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