Cell子刊封面：基因沉默的关键一步

　　

生物通报道：基因沉默是控制细胞活性的主要方式。现在，Scripps研究所的科学家们揭示了基因沉默中的关键一步，使人们可以根据需要对这一机制进行增强或抑制。该研究作为封面文章发表在本期的Molecular Cell杂志上。

“控制天然的基因沉默过程，将为人们提供治疗人类疾病的全新途径，”TSRI的助理教授Ian J. MacRae说。这项研究将帮助人们开发新型药物，以治疗病毒感染、癌症和其他疾病。

基因沉默子Argonaute 2能够结合并摧毁特定基因的RNA转录本，使其无法翻译为蛋白。包括Argonaute 2在内的Argonaute蛋白，调控着人类和其他哺乳动物中约三分之一的基因，是细胞日常活性最重要的调节子之一。此外，Argonaute的基因沉默功能，还能帮助细胞应对入侵病毒或致癌突变。

Argonaute蛋白会利用“向导RNA”（miRNA）来寻找和摧毁目标RNA。这种miRNA的序列与目标RNA基本互补，能够与之紧密结合。但人们并不了解Argonaute蛋白与miRNA的合作机制，也很难将Argonaute蛋白与miRNA分离开。“要解析它们的作用机制，我们就得让Argonaute卸载miRNA，”文章的第一作者Nabanita De说。

研究人员发现，miRNA与Argonaute 2结合后相当稳定，可以维持相当长的时间。而正常情况下，单独的miRNA几分钟就被降解了。

此前有研究显示，一些病毒能够合成诱饵RNA，破坏miRNA-Argonaute的配对，使相应的miRNA作废。这些诱饵RNA几乎与miRNA完全互补，尤其是在miRNA的3'端。也正因如此，与miRNA本应靶标的天然转录本相比，诱饵RNA能够更好的配对miRNA。

研究显示，诱饵RNA能够大大加速miRNA从Argonaute上卸载，有效抑制miRNA的基因沉默活性。与之相反的是，若miRNA与目标RNA之间存在3'端错配，会延迟miRNA的解离，增强基因沉默的活性。研究人员还发现，miRNA 5'端错配的效果正好与3'端相反，会促进miRNA的解离。

MacRae实验室去年曾发表研究，揭示了Argonaute 2-miRNA复合体的高分辨率晶体结构。现在，他们希望解析该复合体与目标RNA相互作用时的结构。“这能帮助我们更好的利用复合体的作用机制，”MacRae说。

科学家们已经在开发类似上述miRNA的药物，这些药物能作为Argonaute蛋白的向导RNA，对目标基因进行沉默。此外，制药企业也在开发药物，直接结合miRNA并抑制其活性。这项研究可以帮助人们开发更有效的miRNA抑制剂/增强剂，来根据需要调节基因沉默的活性。

 

（生物通编辑：叶予）

生物通推荐原文摘要：

Highly Complementary Target RNAs Promote Release of Guide RNAs from Human Argonaute2

Argonaute proteins use small RNAs to guide the silencing of complementary target RNAs in many eukaryotes. Although small RNA biogenesis pathways are well studied, mechanisms for removal of guide RNAs from Argonaute are poorly understood. Here we show that the Argonaute2 (Ago2) guide RNA complex is extremely stable, with a half-life on the order of days. However, highly complementary target RNAs destabilize the complex and significantly accelerate release of the guide RNA from Ago2. This unloading activity can be enhanced by mismatches between the target and the guide 5 end and attenuated by mismatches to the guide 3 end. The introduction of 3 mismatches leads to more potent silencing of abundant mRNAs in mammalian cells. These findings help to explain why the 3 ends of mammalian microRNAs (miRNAs) rarely match their targets, suggest a mechanism for sequence-specific small RNA turnover, and offer insights for controlling small RNAs in mammalian cells.