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研究人员的工作不仅包括不断追求新发现,还包括仔细关注传统的、已建立的知识。有时,可靠且看似行之有效的方法具有以前被忽视的特征。
由高等经济大学生物与生物技术学院院长亚历山大·托内维茨基领导的一组研究人员在microRNA过表达方法中发现了这种特性。科学家们发现,在某些情况下,使用这种方法的实验结果可能不正确,而且这些错误很难被发现。研究结果发表在《生物化学与生物物理学报(BBA)——基因调控机制》杂志上。
微小RNA(miRNA)是小RNA分子,长度约为20至25个核苷酸。它们通过确定细胞中从特定信使RNA(mRNA)分子合成多少蛋白质,在调节基因表达方面发挥重要作用。这种调节由miRNA内的短片段促进,如果找到反向互补(生物相容)序列,该短片段可以与目标mRNA分子结合。当发生这种情况时,mRNA的蛋白质合成会停止,导致基因表达下降。
随着疾病(包括癌症)的发展,人们观察到microRNA表达水平的变化。具体来说,在前列腺癌中,miR-93-5pmicroRNA的数量增加,其表达水平越高,疾病的侵袭性就越大。通过显著增加实验室细胞中的miRNA数量,研究人员可以更清楚地了解与此miRNA表达升高相关的过程。
miRNA过表达的常见方法是首先增加细胞中前体RNA的数量(前体RNA是一种较长的分子,随后通过Dicer酶裂解生成miRNA)。这是细胞的自然过程。然而,由此形成的miRNA序列取决于Dicer酶裂解前体分子的准确程度。
论文作者研究了Dicer酶如何切割分子。他们在前体分子中编码了所需的序列,预计Dicer会按照预期准确地切割它。然而,事实证明Dicer并不总是像科学家预期的那样运作。这种酶的主要功能就像一把分子尺,始终测量22个核苷酸的长度。
在前体分子的合成过程中,通常会在序列末端添加一个或多个尿嘧啶(RNA特有的核苷酸碱基)。因此,如果给定的miRNA序列长于19个核苷酸,则添加的尿嘧啶会导致Dicer在非预期位置切割分子。这种转变导致miRNA异构体的形成。
为了研究前体分子切割位置发生偏移的原因,科学家们通过实验设置了几个不同长度的miRNA序列,其中包括与miR-93-5pmiRNA相对应的23个核苷酸链。利用测序(一种完全解密RNA或DNA分子核苷酸序列的方法),科学家们观察到,在长度超过19个核苷酸的链中添加尿嘧啶会导致切割位置发生偏移。
miR-93-5pmiRNA异构体的形成导致HMGA1基因表达下降,该基因在细胞分裂过程中起着破坏遗传信息传递的作用,并调节基因表达的作用。然而,HMGA1并不是miR-93-5p标准形式的靶标。如果不了解miRNA异构体的形成,人们可能会对所研究的miRNA在前列腺癌中的分子机制得出错误的结论。
“同工型可能会靶向错误的mRNA分子,而不是实验中预期的分子,从而抑制非预期基因。了解这种特性对于基础研究和医学应用都至关重要,”高等经济大学微生理系统国际实验室负责人DianaMaltseva表示。
世界各地的科学家都在实验中使用miRNA过表达方法。通常,使用聚合酶链式反应(PCR)来验证结果的准确性。然而,这种方法在本例中不够灵敏。
“我们的研究表明,只有测序才能揭示切割位置的变化。不幸的是,测序是一种相对昂贵的方法,并不是所有的实验室都能负担得起。因此,开发新的miRNA过表达方法并精心设计实验至关重要,”Maltseva评论道。
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