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解析miRNA生成调控机制

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来源: 作者: 2019-05-17 01:21:59

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MicroRNAs(miRNAs)是真核生物中广泛存在的一种长约21到23个核苷酸的RNA分子,可调节其他基因的表达。miRNA来自一些从DNA转录而来,但没法进一步转译成蛋白质的RNA(属于非编码RNA)。

这些RNA从初级转录本(primarytranscript),也就是pri-miRNA,转变成为称为miRNA前体(pre-miRNA)的茎环结构,最后成为了具有功能的miRNA。细胞借助于一种特殊的机器——“微处理器”复合物("Microprocessor"complex)将这些长链的miRNA前体切断,然后将它们转变为较短的功能性的miRNA形式。生成的miRNAs与特异性信使RNA(mRNA)份子结合,抑制转录后基因表达,在调控基因表达、细胞周期、生物体发育时序等方面起重要作用。在动物中,miRNAs通常可以调控成百上千不同基因的表达。

但是微处理器复合物也可以切断其他类型的RNA,例如mRNAs,这些mRNAs有时会生成与miRNAs靶位点相似的不稳定结构。裂解这类错误的RNAs有可能对生物体带来灾难性后果。

在近期发布在《自然结构与分子生物学》(NatureStructuralandMolecularBiology)杂志的一篇论文中,来自魏茨曼科学研究所份子遗传学系的EranHornstein博士、NaamaBarkai教授和前博士生OmerBarad与MatiMann侧重了解了这种微处理器在miRNAs生成中平衡有效性和特异性之间相互作用的机制。“一方面,它不应当过于有效,因为这可能会致使裂解不必要的非特异性RNA底物为代价。另一方面,也不应该太‘严格’由于过度的特异性会带来不充分加工真正miRNAs的风险,”Hornstein说中国物联网产业四大趋势

在一个跨学科研究项目中,科学家们利用数学建模确定了微处理器系统的特征,然后在细胞中测试了它们的理论。他们预测有效性和特异性之间的平衡是通过一个反馈回路维持,在这个反馈回路中微处理器检测到细胞内可用pre-miRNA的数量,相应地改变自身的生产。

在小鼠和人类组织中检测这一假说,研究人员能够证实微处理器确切调控了miRNA前体的水平,当细胞充满miRNA前体时则提高自身的生产,或在前体量下落时作出反应停止生产。这是通过消化一种在结构上与miRNA相似的Dgcr8mRNA而实现的。通过与miRNAs维持水平一致,微处理器由此减少了切断靶RNAs的机会。

由于合成小RNAs是对多种疾病一种可能的新疗法,这一研究或可直接促进未来有效的医治。另外,许多其他的生物系统需要统筹有效性和特异性,该研究小组的结果表明许多可能是以相似的方式来实现的。

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