MicroRNA是一类短的非编码RNA,通过与靶RNA结合抑制靶基因表达,在动植物中起到重要的转录后调控作用。每一类microRNA可以结合多种靶RNA。当microRNA表达量一定时,靶RNA通过与microRNA的竞争性结合消耗细胞内游离的microRNA,从而影响其对其他靶基因的调控,这一现象被称为竞争性内源RNA(ceRNA)效应。RNAi技术中的脱靶现象也与该效应密切相关。定量地刻画ceRNA效应,对理解microRNA调控规律和改进RNAi技术都具有重要意义。
2014年3月10日,威尼斯9499登录入口自动化系、清华信息科学与技术国家实验室(筹)的汪小我和谢震研究组在《美国科学院院刊》发表了题为《模型指导下用合成基因线路对microRNA介导的竞争性内源RNA调控进行定量分析》的研究论文。论文系统分析了microRNA与竞争性内源RNA的调控关系,发现了若干影响其定量调控规律的因素,并提出了RNA干扰(RNAi)技术的改进原则。威尼斯9499登录入口自动化系博士生袁野和研究助理刘兵为论文共同第一作者,汪小我、谢震为共同通讯作者。
论文将系统生物学建模分析与合成生物学实验相结合,建立了microRNA调控的数学模型,构建对应的合成基因线路并植入细胞中模拟ceRNA效应,证实了靶RNA和microRNA浓度对ceRNA效应的阈值现象,发现了microRNA的靶位点结合能力对ceRNA效应强度影响的函数关系,阐述了microRNA通路和RNAi通路竞争效应的不对称性,并从理论上提出了RNAi技术的改进方向。这一工作,是将生物信息学、系统生物学与合成生物学相结合,定量揭示基因调控规律的一个成功范例,其科学发现为理解复杂的microRNA调控系统和未来用RNAi技术有效设计疾病基因靶向治疗等提供了理论基础。