Nature子刊：解析miRNA生成调控机制

在近期发布在《自然结构与分子生物学》（Nature Structural and Molecular Biology）杂志的一篇论文中，来自魏茨曼科学研究所分子遗传学系的研究人员侧重了解了微处理器在miRNAs生成中平衡有效性和特异性之间相互作用的机制。

　　

生物通报道  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，但无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（primary transcript），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）分子结合，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。

然而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。裂解这种错误的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》（Nature Structural and Molecular Biology）杂志的一篇论文中，来自魏茨曼科学研究所分子遗传学系的Eran Hornstein博士、Naama Barkai教授和前博士生Omer Barad与Mati Mann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，它不应该过于有效，因为这可能会导致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’因为过度的特异性会带来不充分加工真正miRNAs的风险，”Hornstein说。

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实调控了miRNA前体的水平，当细胞充满miRNA前体时则提高自身的生产，或在前体量下降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Dgcr8 mRNA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是对于多种疾病一种可能的新疗法，这一研究或可直接促成未来有效的治疗。此外，许多其他的生物系统需要兼顾有效性和特异性，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。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Efficiency and specificity in microRNA biogenesis

Primary microRNA cleavage by the Drosha–Dgcr8 'Microprocessor' complex is critical for microRNA biogenesis. Yet, the Microprocessor may also cleave other nuclear RNAs in a nonspecific manner. We studied Microprocessor function using mathematical modeling and experiments in mouse and human tissues. We found that the autoregulatory feedback on Microprocessor expression is instrumental for balancing the efficiency and specificity of its activity by effectively tuning Microprocessor levels to those of its pri-miRNA substrate.