Science：miRNA控制蛋白表達的噪音

　　眾所周知，一些microRNA能使特定基因的表達下調，然而，對于這些小的非編碼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，控制蛋白表達的變化。這項成果發表于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目標的傾向，讓一些人推測miRNA的功能是精確控制細胞群體間的基因表達。在此研究中，麻省理工學院（MIT）和洪堡大學（Humboldt University）的研究人員利用數學建模和合成遺傳學來證明miRNA確實提供了這種類型的噪音控制。

　　為了檢驗內源miRNA的功能，研究人員利用雙熒光蛋白報告系統定量了小鼠胚胎干細胞的蛋白水平和波動，其中兩個不同的報告基因（ZsGreen和mCherry）是由一個共同的雙向啟動子轉錄的。mCherry報告基因的3’UTR上包含了一些變異和多個miRNA結合位點，而研究人員利用流式細胞儀定量了單細胞熒光。

　　他們研究了miR-20a對報告基因中設計目標位點的影響。與對照相比，在低表達報告基因的細胞中，噪音降低；而在高表達的細胞中，噪音升高。值得注意的是，當報告基因中的miR-20a位點是理想目標，或在3’UTR上有多個位點時，這種噪音的變化尤為明顯。

　　為了探索這些看似對立作用的機制，研究人員建立了一個數學模型，將總的噪音分解成內在噪音，即蛋白生產的隨機過程而產生的蛋白表達變化，以及外在噪音，即外部因素的波動而產生的變化。

　　這個模型預測了miRNA調控對不同類型噪音的影響，其中miRNA調控的基因與未受調控的基因相比，內在噪音降低。同時，miRNA調控預計會提高外在噪音。綜合起來，此模型預測內在噪音降低和外在噪音升高的凈影響將導致低表達的總噪音降低，而高表達的總噪音升高。

　　為了從實驗上驗證這一預測，研究人員改變了報告系統，讓兩個報告基因都包含相同的3’UTR，而它們的表達差異只來自對每個基因的加工，即內在噪音。他們發現，miR-20a的調控降低了內在噪音，這與數學模型的預測一致。進一步的實驗表明，受多個miRNA調控的基因則經歷了更明顯的噪音降低。

　　研究人員認為，這些結果表明miRNA賦予了蛋白表達的精確性，解釋了普遍觀察到的內源基因被多個miRNA組合靶定，以及低表達基因的優先靶定。