8月8日，國際學(xué)術(shù)期刊eLife在線發(fā)表了中國科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所吳立剛研究組的最新研究成果：MicroRNA-mediated repression of nonsense mRNAs，揭示了動物細(xì)胞中microRNA（miRNA）的一種全新角色。 

　　miRNA是真核生物基因組編碼的長約22個堿基的非編碼小RNA，調(diào)控超過三分之一以上基因的表達(dá)，參與了包括細(xì)胞增殖、分化、凋亡和代謝等幾乎所有生命過程，并與多種人類疾病存在重要關(guān)聯(lián)。miRNA與Ago等蛋白質(zhì)形成RISC復(fù)合物，通過堿基互補配對識別位于mRNA 3’非翻譯區(qū)（3’UTR）的靶位點，促進(jìn)mRNA的降解并抑制其翻譯，是細(xì)胞內(nèi)基因表達(dá)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分。在本項研究中，吳立剛研究組博士研究生趙雅等發(fā)現(xiàn)，miRNA在細(xì)胞內(nèi)除了調(diào)控基因表達(dá)外，還扮演了“mRNA質(zhì)量監(jiān)控者”這一全新角色，負(fù)責(zé)識別并清除細(xì)胞中的無義突變mRNA，防止功能異常的羧端截短蛋白質(zhì)給生物體造成危害。 

　　mRNA是細(xì)胞內(nèi)遺傳信息由基因組DNA傳遞到具有功能的蛋白質(zhì)分子過程中最重要的中間分子。DNA復(fù)制中的突變，mRNA轉(zhuǎn)錄、加工中的錯誤，以及可變剪接，都可能產(chǎn)生含有提前終止密碼子（PTC）的mRNA，因終止密碼子不編碼氨基酸，因此也被稱為無義突變。無義突變導(dǎo)致核糖體對mRNA的翻譯提前終止，產(chǎn)生羧端截短的蛋白質(zhì)。這些截短的蛋白質(zhì)往往沒有活性或功能異常，對細(xì)胞的正常功能造成潛在威脅。目前已知多種遺傳疾病，如地中海貧血、進(jìn)行性肌營養(yǎng)不良，以及乳腺癌、結(jié)直腸癌等癌癥，均與無義突變密切相關(guān)。生物體經(jīng)過長期進(jìn)化發(fā)展出了一整套精密、高效的監(jiān)控機制來識別和清除這些有害的無義突變，但目前人們對細(xì)胞內(nèi)mRNA質(zhì)量監(jiān)控機制的種類和作用原理了解非常有限。此前研究較多的是由外顯子連接復(fù)合體（EJC）介導(dǎo)的對含有提前終止密碼子mRNA的降解（NMD）機制，但尚有很多生理和病理現(xiàn)象難以用該模型進(jìn)行解釋，并且部分基因的無義突變體也不能被EJC介導(dǎo)的NMD機制所識別和清除，如與結(jié)直腸癌發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)的APC基因等。

　　本項研究發(fā)現(xiàn)，miRNA引起的mRNA的翻譯抑制和降解作用有很強的位置依賴性。當(dāng)miRNA靶位點位于讀碼框（ORF）區(qū)時，由于核糖體在翻譯過程中的清掃作用，miRNA難以穩(wěn)定結(jié)合在miRNA的靶位點，因此調(diào)控效率非常低。而一旦mRNA中原有終止密碼子上游出現(xiàn)提前終止密碼子，使得一些原本在ORF區(qū)中的miRNA靶位點位于了新形成的3’UTR區(qū)，miRNA便能夠充分識別并結(jié)合到靶位點，造成無義突變mRNA的翻譯被抑制，并被迅速降解，從而有效阻止截短蛋白質(zhì)的產(chǎn)生。對結(jié)腸癌細(xì)胞系的外顯子組和轉(zhuǎn)錄組測序分析以及實驗驗證，進(jìn)一步揭示了細(xì)胞內(nèi)有多種基因的無義突變體受到miRNA介導(dǎo)的質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)的調(diào)控，例如抑癌基因APC的無義突變體受到miR-29等多種miRNA的有效抑制。

　　研究還發(fā)現(xiàn)，miRNA介導(dǎo)的質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)與EJC介導(dǎo)的NMD在細(xì)胞內(nèi)互不相斥，且它們的抑制效應(yīng)具有累加性，共同抑制了乳腺癌相關(guān)的BRCA1基因的無義突變體的表達(dá)。上述研究結(jié)果拓展了人們對miRNA功能的認(rèn)識，并為無義突變體導(dǎo)致的疾病提供了新的治療思路。 

　　本項研究得到了科技部、國家自然科學(xué)基金委以及中國科學(xué)院的經(jīng)費支持。

研究揭示出動物細(xì)胞中miRNA作為“mRNA質(zhì)量監(jiān)控者”的全新角色