图示：核糖核酸 （图片来源：@tsarcyanide/莫斯科物理技术研究所新闻办公室）
信使RNA把基因信息传递到蛋白质，微RNA则在基因表达调控中起重要作用。莫斯科物理技术研究中心和医学遗传研究中心的科学家已经描述了这两种RNA和其他人类RNA间的复杂作用。论文发表在《遗传学前沿》上。
什么是微RNA和AGO蛋白？
核糖核酸，也就是RNA，是细胞中编码遗传信息的基本分子。三种主要的RNA分别是转运RNA，核糖体RNA和信使RNA。信使RNA也被称为mRNA。mRNA作为DNA（基因的储存库）和通过基因表达合成的蛋白质之间的中介。mRNA是由细胞核根据DNA序列合成的。合成后的mRNA转移到细胞质中，在细胞质里，mRNA作为蛋白质合成的模板。但是，在一个细胞生产的RNA中，只有约2%作为蛋白质模板。在剩余的RNA中，有一类被称为微RNA，有18-25个核苷酸那么长，扮演着完全不同的角色。
对人类而言，已知的微RNA家族有大约2500个成员。它们与AGO蛋白结合，共同发挥作用。这种小体积的微RNA-AGO蛋白复合体与mRNA上特定的区域结合，至于具体结合于哪个mRNA上的哪个区域，则通常由复合体中微RNA部分决定。AGO蛋白通过空间位阻，阻碍mRNA合成蛋白，或者通过剪切，清除mRNA。因此，如果一个微RNA-AGO蛋白复合体与某一mRNA结合，mRNA则不会再合成相应的蛋白。这样，微RNA通过“捕获”mRNA，有效地沉默了相应的基因并影响基因的表达。
当微RNA和mRNA发生相互作用时，人们通常看作是微RNA和编码mRNA的基因间的相互作用。这种沉默作用是一系列基因表达调控机制之一。细胞利用这些机制，不同程度地让基因激活或失效，来控制基因的表达效率。由于微RNA失灵而导致的基因表达的错误调控，可以导致癌症或其他疾病。
遗传学家目前还不能完全明白这两种RNA之间的相互作用。目前发现了20000条人类mRNA和2500条人类微RNA，但是，目前尚不清楚具体哪些会相互结合。过去，研究人员用电脑程序预测微RNA和mRNA间的相互作用，也不是很成功。
新研究中，科学家把单个细胞形成的mRNA和微RNA数量的实验数据，与两种人类细胞中mRNA和微RNA相互作用的数据相结合。研究小组探索了微RNA数量和其结合活动的关系，希望两者之间成正比，但是最终证明并非如此。研究人员同样调查了一条mRNA是和相同的还是不同的微RNA结合，以及可形成多少对结合体。科学上来讲，这些遗传学家研究了基因表达水平和mRNA与微RNA结合活动的关系。他们还发现结合体的行为方式依赖于细胞的种类。
本研究作者之一Olga Plotnikova（莫斯科物理技术研究所（MIPT）的博士研究生）表示：“我们的研究探索了微RNA和基因之间的相互作用。微RNA是调控基因表达的非编码RNA小分子。我们过去发表的文章展示了电脑程序预测mRNA与微RNA间作用的瑕疵，所以我们想知道微RNA作用的完整图谱：谁和谁相互结合？是如何结合的？”
Plotnikova说：“我们分析了仅有的有关该课题的两篇研究论文，这两篇论文报告称，在两种不同的人类细胞系中，涵盖所有微RNA和基因间相互作用的实验数据。接下来，我们把该数据和其他实验结果相关联，以确定相同细胞系中微RNA和mRNA的表达水平。我们发现，微RNA不会大幅度地调控所有基因，而且微RNA的调控潜能与其表达水平没有直接关系。我们也确定了两种细胞系中微RNA作用的区别。”
方法
对微RNA相互作用进行实证研究的主要问题是可行的实验方法上的限制。有一组方法被称为报告基因分析，这种分析可以用一个实验测试某一相互作用。还有一组方法，被称为免疫沉淀交联法（CLIP），能够让研究人员识别结合位点，但是没法确定具体是哪一个微RNA在结合。交联法一般用来确定蛋白与核酸间直接互作时的作用位点。它可以去掉大部分的RNA污染，将某一蛋白质-RNA复合体提纯出来，因此，虽然不清楚数千已知的微RNA中哪些参与到相互作用，但这种方法可以确定微RNA- mRNA的结合位点。
最近新开发了两种相似的技术：CLASH和CLEAR-CLIP方法。它们实际上是在CLIP的基础上建立的。但这两种方法过于错综复杂，仅能用于两条癌变的人类细胞系：癌变肾细胞系和癌变肝细胞系中。研究小组也利用现有的有关这两条细胞系中形成的mRNA和微RNA数量的数据（基因表达数据）进行了79项CLIP实验，确定mRNA中与微RNA结合的部分。虽然这些实验证明了这些相互作用的存在，但是它们没有揭示到底是哪些微RNA参与了这样的作用。
研究结果
研究人员已经用计算机证明，在两条不同的人类细胞系中，改进的CLIP实验获得的所有微RNA，与基因互作的数据相似，且具有可比性。研究显示，大多数mRNA-微RNA复合体是由很少一部分RNA构成的。例如，1%到2%的蛋白质编码基因却能形成十多种不同的相互作用。研究也发现了一些有趣的mRNA种类，表现出“RNA海绵”的性质。这些mRNA可在不同的位点上与大量的RNA（超过50个）结合。不仅如此，研究人员发现了一类具有两个重要特征的微RNA：这类微RNA的表达很弱，但能参与许多互作。这个现象与微RNA表达的越多，与mRNA互作越多的猜测相反。
该研究也确定了一系列可靠的微RNA结合位点，就是mRNA和微RNA相互作用的位点。这促使研究小组开发了线上软件，用以判断一个给定的人类基因组位点是否和微RNA结合位点一致，有助于识别微RNA结合和基因调控的失灵，也就是说它可以解释基因遗传病。这个程序可用于分析患者的基因组。阐明所有微RNA和人类基因间的相互作用，有助于揭示先天获得性失调的分子基础。
翻译：徐天朔
审校：赵欢
引进来源：莫斯科物理技术研究所
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