miRNA研究著名科学家Nature解析基因沉默

来自哈佛医学院，麻省总医院等处的研究人员通过分析比较了86个不同真核基因组序列，分析了小RNA辅助因子的系统发生谱，并指出在RNA剪接和小RNA介导的基因沉默之间存在密切关联。相关成果公布在1月31日Nature杂志上。

　　

生物通报道：来自哈佛医学院，麻省总医院等处的研究人员发表了题为“Identification of small RNA pathway genes using patterns of phylogenetic conservation and divergence”的文章，通过分析比较了86个不同真核基因组序列，分析了小RNA辅助因子的系统发生谱，并指出，在RNA剪接和小RNA介导的基因沉默之间存在密切关联。相关成果公布在1月31日Nature杂志上。

领导这一研究的是miRNA研究领域的著名科学家，哈佛医学院遗传学教授Gary Ruvkun，他曾发现了首例小RNA：lin-4通过与目标信使RNA不完全碱基配对，来调控这些目标的翻译的机制，并发现了第二个小RNA——let-7，以及它在动物（包括人类）系统发育中如何保护的。2008年获拉斯克基础医学奖。

MicroRNA(miRNA)是一类非编码小RNA，其长度为19到25个核苷酸，在真核生物的多种发育和生理过程中发挥着重要的调节作用。近年来关于miRNAs和RNA干扰（RNAi）的遗传和生化分析，指出一些蛋白，比如Argonaute和Dicer是小分子RNA靶向其靶标所必不可少的辅助因子。并且这些得到验证的小分子RNA途径的辅助因子，在动植物，真菌和原生生物中表现出独特的保守性，或趋异性模式。

为了能详细了解这些因素在RNA干扰，以及小RNAs介导的基因表达调控中扮演的角色，在这篇文章中，研究人员分析比较了86个不同真核基因组序列，找到了已知小RNA辅助因子的相似系统发生谱。

研究人员在秀丽线虫和黑腹果蝇中，发现许多可能的小RNA辅助因子候选者源自miRNA-，或干扰短RNA介导的抑制缺陷功能基因组筛选，以及与已验证的小RNA途径蛋白共同纯化的蛋白质组学分析中。这些候选小RNA途径蛋白的系统发生谱，与那些已知的小RNA辅助因子蛋白的系统发生谱相似。

采用一种称为贝叶斯分析（Bayesian Analysis）的方法，研究人员将系统发生谱分析，与根据不同转录共调控和蛋白质组相互作用数据集而得来的预测整合在一起，分析它们参与小RNA调控的概率。

并且在检验了这种分析RNAi沉默缺陷的方法后，研究人员发现在新发现的小RNA辅助因子中，大约一半是RNAi沉默所必需的，许多新发现的小RNA途径蛋白也是参与RNA剪接的蛋白的同源物。

由此研究人员认为，在RNA剪接和小RNA介导的基因沉默之间存在密切关联。

Ruvkun教授曾于2008年，与麻省大学医学院的Victor Ambros，以及英国哥伦比亚大学的David Baulcombe获得了拉斯克基础医学奖，获奖理由为他们在microRNAs方面的突出贡献。Ruvkun和Ambros主要针对秀丽线虫中的microRNAs进行研究，而Baulcombe则是由于植物miRNA的研究获得了这一奖项。

最早发现的miRNA是lin—4和它的靶mRNA，即lin—14。1993年，Ambros和他的研究助手Rosalind C.Lee用经典的定位克隆的方法在线虫 (C.elegans) 中克隆了lin—4基因，并通过定点突变发现lin—4并不编码蛋白，而是产生一种小RNA分子。这种小RNA分子能以不完全互补的方式与其靶mRNA的3'非翻译端的特定区域相互作用来抑制lin—14的表达，最终导致lin—14蛋白质合成的减少，这种现象叫做转译抑制。通过转译抑制，lin—4控制着C．elegans幼虫由L1期向L2期的转化。同时Ruvkun也发现了lin—4对lin—14的作用。

之后这两位科学家陆续发现了第二个miRNA：let—7（2000年），之后就有越来越多的miRNA被发现，这种小分子的功能也被认为越来越重要。

（生物通：张迪）

原文摘要：

Identification of small RNA pathway genes using patterns of phylogenetic conservation and divergence

Genetic and biochemical analyses of RNA interference (RNAi) and microRNA (miRNA) pathways have revealed proteins such as Argonaute and Dicer as essential cofactors that process and present small RNAs to their targets. Well-validated small RNA pathway cofactors such as these show distinctive patterns of conservation or divergence in particular animal, plant, fungal and protist species. We compared 86 divergent eukaryotic genome sequences to discern sets of proteins that show similar phylogenetic profiles with known small RNA cofactors. A large set of additional candidate small RNA cofactors have emerged from functional genomic screens for defects in miRNA- or short interfering RNA (siRNA)-mediated repression in Caenorhabditis elegans and Drosophila melanogaster1, 2, and from proteomic analyses of proteins co-purifying with validated small RNA pathway proteins3, 4. The phylogenetic profiles of many of these candidate small RNA pathway proteins are similar to those of known small RNA cofactor proteins. We used a Bayesian approach to integrate the phylogenetic profile analysis with predictions from diverse transcriptional coregulation and proteome interaction data sets to assign a probability for each protein for a role in a small RNA pathway. Testing high-confidence candidates from this analysis for defects in RNAi silencing, we found that about one-half of the predicted small RNA cofactors are required for RNAi silencing. Many of the newly identified small RNA pathway proteins are orthologues of proteins implicated in RNA splicing. In support of a deep connection between the mechanism of RNA splicing and small-RNA-mediated gene silencing, the presence of the Argonaute proteins and other small RNA components in the many species analysed strongly correlates with the number of introns in those species.