多微小RNA缺失揭示啮齿类动物基因调控网络的多层次重构

本研究针对Eumuroidea啮齿类谱系中15个miRNA家族的缺失现象，通过系统发育分析、iPSCs（诱导多能干细胞）实验和转录组学技术，揭示了这些缺失导致基因调控网络在转录和转录后水平的双重重构。研究发现Mir-197和Mir-769的异源表达能激活古老调控网络残余，同时该谱系伴随哺乳动物中最大规模的转录因子（TFs）丢失，为理解小鼠/大鼠模型与人类基因调控差异提供了新视角。

　　

在生命演化的长河中，基因调控网络的精妙程度往往决定了物种的独特性。作为关键的转录后调控因子，微小RNA（miRNA）通过6-8个核苷酸的"种子序列"与靶基因结合，在发育和疾病中扮演重要角色。然而，科学界长期存在一个谜题：为何在Eumuroidea啮齿类谱系（包括小鼠和大鼠等模式生物）中，竟有15个保守的miRNA家族集体消失？更令人困惑的是，这些缺失并未伴随明显的体型简化，这与扁形动物等简单生物中观察到的miRNA丢失模式形成鲜明对比。

为解开这个谜团，由Felix Langschied等国际团队在《BMC Genomics》发表的研究，采用多学科交叉方法展开深入探索。研究人员首先通过系统发育分析确认这些miRNA的缺失是多次独立事件，而非单次大规模丢失。通过人类iPSCs和小鼠iPSCs的对比实验，特别是过表达人类Mir-197和Mir-769的研究，揭示了这些"失落的调控者"在当代啮齿类中仍能激活古老靶基因的调控记忆。这项研究不仅发现了基因调控网络的进化弹性，更意外地揭示了Eumuroidea谱系伴随哺乳动物中最显著的转录因子丢失现象，暗示着该谱系经历了独特的调控网络重构。

关键技术方法包括：1）基于ncOrtho和fDOG的系统发育图谱构建，分析169种真兽类基因组；2）使用TargetScan7进行miRNA靶点预测；3）人源和小鼠iPSCs培养及miRNA过表达实验；4）RNA-seq转录组分析（数据保存在NCBI GEO，登录号GSE281793和GSE281795）；5）通过FACS分选纯化小鼠iPSCs。

【miRNA缺失的进化特征】

研究发现15个miRNA家族在Eumuroidea中的缺失呈现阶梯式模式，部分家族在劳亚兽总目（Glires）分化过程中就已丢失，而其他则在啮齿类内部分支相继消失。基因定位分析显示这些miRNA散布于人类基因组不同区域，排除了单次大片段缺失的可能性。值得注意的是，啮齿类并未演化出具有相同种子序列的新miRNA来补偿这些缺失。

【古老调控网络的现代表达】

过表达实验获得突破性发现：人类Mir-197在鼠源iPSCs中仍能显著下调216个基因，其中4个基因（ARMC1、ATP6V1A、CCDC85C和TTPAL）与人类细胞中的调控靶点重叠。通过靶位点溯源，确认这些8mer结合位点在哺乳动物共同祖先中就已存在。这些"活化石"般的调控关系证明，尽管miRNA已消失8000万年，其调控网络的部分架构仍在当代啮齿类中保留功能活性。

【转录层面的平行丢失】

扩展分析揭示更惊人的现象：127个蛋白编码基因与缺失miRNA具有相似的系统发育模式，其中37个是转录因子（TFs），构成哺乳动物中谱系特异性TF丢失的最大案例。这些TF的靶基因富集于DNA修复和转录调控通路，但有趣的是，它们与缺失miRNA的靶基因库没有重叠，提示两种调控层次的改变可能独立发生。

【讨论与意义】

该研究首次揭示：1）多miRNA缺失可通过靶基因功能重叠产生协同效应；2）Eumuroidea经历了基因调控的双层次重构（转录因子丢失+miRNA缺失）；3）现存啮齿类中保留着古老调控网络的"分子化石"。这些发现对生物医学研究具有深远影响：常用的小鼠/大鼠模型在基因调控机制上与人类存在系统性差异，这可能是某些人类疾病模型在啮齿类中效果不佳的深层原因。未来需要绘制更精确的跨物种调控图谱，并开发新的补偿策略来提高动物模型的转化价值。