眾所周知，一些microRNA能使特定基因的表達(dá)下調(diào)，然而，對(duì)于這些小的非編碼RNA的更廣泛用途，人們還不是太清楚。一項(xiàng)新的研究表明，miRNA可作為基因組噪音的阻尼器，控制蛋白表達(dá)的變化。這項(xiàng)成果發(fā)表于4月3日的《Science》雜志上。

miRNA的普遍和保守，再加上它們微弱抑制絕大多數(shù)目標(biāo)的傾向，讓一些人推測(cè)miRNA的功能是精確控制細(xì)胞群體間的基因表達(dá)。在此研究中，麻省理工學(xué)院（MIT）和洪堡大學(xué)（Humboldt University）的研究人員利用數(shù)學(xué)建模和合成遺傳學(xué)來(lái)證明miRNA確實(shí)提供了這種類(lèi)型的噪音控制。

為了檢驗(yàn)內(nèi)源miRNA的功能，研究人員利用雙熒光蛋白報(bào)告系統(tǒng)定量了小鼠胚胎干細(xì)胞的蛋白水平和波動(dòng)，其中兩個(gè)不同的報(bào)告基因（ZsGreen和mCherry）是由一個(gè)共同的雙向啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄的。mCherry報(bào)告基因的3’UTR上包含了一些變異和多個(gè)miRNA結(jié)合位點(diǎn)，而研究人員利用流式細(xì)胞儀定量了單細(xì)胞熒光。

他們研究了miR-20a對(duì)報(bào)告基因中設(shè)計(jì)目標(biāo)位點(diǎn)的影響。與對(duì)照相比，在低表達(dá)報(bào)告基因的細(xì)胞中，噪音降低；而在高表達(dá)的細(xì)胞中，噪音升高。值得注意的是，當(dāng)報(bào)告基因中的miR-20a位點(diǎn)是理想目標(biāo)，或在3’UTR上有多個(gè)位點(diǎn)時(shí)，這種噪音的變化尤為明顯。

為了探索這些看似對(duì)立作用的機(jī)制，研究人員建立了一個(gè)數(shù)學(xué)模型，將總的噪音分解成內(nèi)在噪音，即蛋白生產(chǎn)的隨機(jī)過(guò)程而產(chǎn)生的蛋白表達(dá)變化，以及外在噪音，即外部因素的波動(dòng)而產(chǎn)生的變化。

這個(gè)模型預(yù)測(cè)了miRNA調(diào)控對(duì)不同類(lèi)型噪音的影響，其中miRNA調(diào)控的基因與未受調(diào)控的基因相比，內(nèi)在噪音降低。同時(shí)，miRNA調(diào)控預(yù)計(jì)會(huì)提高外在噪音。綜合起來(lái)，此模型預(yù)測(cè)內(nèi)在噪音降低和外在噪音升高的凈影響將導(dǎo)致低表達(dá)的總噪音降低，而高表達(dá)的總噪音升高。

為了從實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)證這一預(yù)測(cè)，研究人員改變了報(bào)告系統(tǒng)，讓兩個(gè)報(bào)告基因都包含相同的3’UTR，而它們的表達(dá)差異只來(lái)自對(duì)每個(gè)基因的加工，即內(nèi)在噪音。他們發(fā)現(xiàn)，miR-20a的調(diào)控降低了內(nèi)在噪音，這與數(shù)學(xué)模型的預(yù)測(cè)一致。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)表明，受多個(gè)miRNA調(diào)控的基因則經(jīng)歷了更明顯的噪音降低。

研究人員認(rèn)為，這些結(jié)果表明miRNA賦予了蛋白表達(dá)的精確性，解釋了普遍觀察到的內(nèi)源基因被多個(gè)miRNA組合靶定，以及低表達(dá)基因的優(yōu)先靶定。