MicroRNA, 潜藏的基因调控者

怀海德研究所的DavidP.Bartel与麻省理工学院的Christopher Burge所领导的研究小组尝试使用生物信息的方法预测线虫Caenorhabditis elegans基因体内的microRNA。  

    最近几年来,科学家们对于RNA的研究有了重大的突破。Interfering RNA(RNAi)以及microRNA(miRNA)的相继发现说明了RNA在细胞内不仅仅只是作为基因表现的载体而已,RNA也能够调控基因的表现。  

    MicroRNA是一群非常短的RNA,大约只有二十几个碱基,但却具有影响基因表现的能力。在生化机制或是功能上,miRNA与siRNA是相当类似的。它们的长度都约是二十个检基,它们在抑制基因表现的时候,大多是先变成单股RNA并且与其它蛋白质形成一个复合体,RNA-induced slience complex(RISC)。之后再将与之互补的mRNA分解。但是它们两者之间也有不同处,细胞内自行产生的siRNA多是由长片段的双股RNA(double strand RNA ,dsRNA)裂解而成的片段。也因此siRNA的序列并不固定,一段dsRNA可以产生许多序列各异的siRNA片段。它们跟所对应的mRNA是几乎完全互补的。但是在miRNA的情形,miRNA在基因体里面的构造在演化上是相当稳定的,miRNA最明显的特征就是具有一个发夹的构造(hairpin,即一条RNA中两端有互补的序列,中间有一小段不互补的序列,两端会彼此配对而形成像发夹一般,有一直段的序列加上一端连接两边互补序列的弯曲)。而这些miRNA的构造在基因体里面几乎是相当稳定的。  

    由于这些miRNA很小,又没有转录成蛋白质,因此在研究上很难从细胞中直接分离出来。怀海德研究所的DavidP.Bartel与麻省理工学院的Christopher Burge所领导的研究小组藉由计算机程序预测基因体中的miRNA的数目与位置。他们首先利用miRNA在结构上的特性,寻找在线虫Caenorhabditis elegans基因体中所有会形成hairpin构造的序列。并且利用miRNA在演化上保留特性,即比较另外一个相近的线虫种Caenorhabditis briggsae的基因体是否有相同的序列。之后,再将这些疑似miRNA的序列进一步与目前已知的miRNA序列进行比较,以找出在结构上与已知miRNA更为相似者,进行分子试验以确认是否真的为miRNA。  

    经由程序辅助与分子试验之后,作者们在C. elegans的基因体中找到了88个miRNA,分属于48个gene family。而在此之中,约有三分之一的miRNA在线虫发育的不同时期表现的量会有所不同。  

    发现了更多的miRNAs,只是研究的第一步。下一步是要开始对于miRNAs在生物体的内功能进行探讨,特别是对于基因调控以及生物发育中所扮演的角色。