基因暗物質 miRNA 如何調控生理時鐘?

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微小核醣核酸(microRNA, miRNA)是一種約 20-25 鹼基對(base pairs)的非編碼 RNA,它無法轉譯成蛋白質,所以曾被認為是垃圾 DNA 或基因暗物質。但後來科學家發現,它能與 mRNA 結合,使其被降解,或透過阻擋蛋白質轉譯,進而抑制特定基因的表現。

南加州大學凱克醫學院(Keck School of Medicine of USC)的研究團隊發現,miRNA 能調控小鼠的生理時鐘(circadian rhythm),相關研究成果刊登於《Proceedings of the National Academy of Sciences》。

miRNA 調控生理時鐘基因

該研究團隊與於諾華研究基金會(Genomics Institute of the Novartis Foundation, GNF)的基因體學研究所合作開發了一種高通量篩選器,將機器人分別轉移到團隊所設計的發光細胞中,來檢測 989 種miRNA,並根據該細胞的 24 小時生理時鐘進行發光。隨後,他們發現,有 120 個 miRNA 以劑量依賴性方式改變了周期長度。

再來,他們進一步在活體外和活體內的研究發現,miRNA-183/96/182 叢集(cluster)具有在的生理時鐘調控功能。在發光細胞株中,他們使這三種 miRNA 叢集失活,進而影響細胞的生理時鐘。隨後,他們也發現 miRNA-96 能直接標靶生理時鐘核心基因 PER2。

miRNA 調控生理時鐘的方式是具有組織特異性?

與正常小鼠相比,敲除 miRNA-83/96/182 叢集的小鼠在黑暗中跑車輪行為受到干擾。另外,然後他們研究了這 3 種 miRNA 叢集對腦、視網膜和肺等組織的影響,發現這些滅活的叢集 對每種組織類型均以不同的方式影響生理時鐘。因此,他們推測 miRNA 調控生理時鐘的方式是具有組織特異性的。

該研究作者及南加州大學凱克醫學院 Steve Kay 教授也提到:「我們希望找出大腦的生理時鐘調控機制與阿茲海默症等神經疾病之間的相關性。另外,下一步,我們將要在動物和細胞中模擬疾病狀態,並研究這些 miRNA 在這些疾病狀態中的功能。」因為,了解 miRNA 對特定組織中的生理時鐘的影響可望會幫助科學家出治療或預防特定疾病的新方法。

延伸閱讀:誰控制了單細胞的生理時鐘?

參考資料:
1. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2020; 118 (1): e2020454118. DOI: 10.1073/pnas.2020454118
2. https://keck.usc.edu/new-usc-study-shows-junk-dna-plays-a-key-role-in-regulating-circadian-clocks/

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