科學家揭示基因調控網絡新機制

　　來自EurekAlert!的消息，哈佛醫學院兒童醫院，麻省理工學院等處的研究人員揭示了基因調控網絡(gene regulatory network, GRN)的一個新機制，并首次分析了基因表達譜能穩定表達的來源，這有助于研究人員了解更多表達譜，以及相關網絡的相互作用。這一研究成果公布在《實驗生物學與醫學》(Experimental Biology and Medicine)雜志上。

　　文章的通訊作者是哈佛醫學院華裔學者黃歲(Sui Huang，音譯)，其他研究人員包括Yuchun Guo，Ying Feng，以及Niraj S Trivedi。

　　據報道，過去數十年來，研究人員一直在找尋能了解造成各種疾病，尤其是癌癥的分子機制，他們使用DNA微陣列一次查看病人組織切片數千個基因的表達，基因體每一個基因以不同的轉錄量共同組成基因表達的輪廓。因為數萬個基因中每一個基因都可以啟動或關掉，一個基因表達譜包含復雜的信息，類似條碼系統含有數萬個字元分別代表每個物品，當微陣列數據初次被基因找尋者用來鑒定新穎基因，比如只在某些癌癥組織表達時，研究人員己學到使用復雜的電腦計算工具將這些條碼分類成不同的次族群，每個次族群有特殊的記號。在癌癥研究這些基因表達型式的統計分析可以鑒定新的癌癥次族群，更準確的將病人分類。但此種計算類型的分辨效果也只有這樣，生物學家希望知道：這些特殊的基因表達型式源自何處?一個細胞如何知道編碼這些長的條碼，在數萬個基因中讓一個基因接著一個基因表達，而且以可靠的方式編碼成不同的細胞及癌癥細胞型態?雖然以統計分析取得信息的計算生物學家不常問這問題，它確是一個重要且基本的生物問題。

　　在這篇文章中，研究人員首次分析了基因表達譜能穩定表達的來源，以及是否和這些基因表達譜由一個基因調節網絡控制著，他們發現在基因調控網絡中存在一個美杜莎結構，調控著基因網絡。

　　研究人員認為一個基因的表達是由一群特殊的蛋白質稱作轉錄因子(TFs) 控制，人類基因體大約有2000個TFs，很顯然地，整個基因表達譜或數萬個條碼是由這些轉錄因子活性共同決定，因為它們的表達也是互相影響，TFs基因的次族群便形成一個互相調節的核心網絡。此外它們也控制細胞內非轉錄因子的正常工作蛋白質，如骨架蛋白質或代謝酶，它們如同所有的基因也受TFs的調節，但不調節其他基因的表達。在這種原始結構上，基因表達條碼的構型基本上便由核心網絡決定，是美杜莎的頭控制著周邊被調節的基因，即美杜莎的肢體。

　　研究人員利用肺癌病人組織的基因表達譜顯示它們基因的表達和梅杜莎網絡是一致的，他們以各種統計測試，發現少于數千個的轉錄因子基因，而不是整個幾乎一萬個DNA微陣列，已足夠根據所患的腫瘤型態將病人肺癌檢體做分類，這數百個TFs的診斷比將近一萬個基因代表整個基因體的效果更好，經校正基因數目及表達量后也有同樣的結果。

　　相反地，代謝基因代表美杜莎下屬的肢體，對基因表達譜也沒什么影響，在相同的比較下也表現不佳沒有作用。有趣的是，Huang及他的研究群也發現微小RNA，一群調節的轉錄本不編碼蛋白質，但含有核苷酸排序和編碼蛋白質的轉錄本互補，因此可以特異的干擾它們轉譯成蛋白質，甚至比轉錄因子更具效果，因為miRNA也是調節核心的一部份，這結果不驚訝，但為什么它們的表現比轉錄因子更好?研究人員認為，類似于計算基因表達造型的分子調節，miRNA作用像網絡“布林函數運河化”——這是1970年代Stuart Kauffman第一次提出的想法，miRNA通過作用在轉錄后階段可以去除之前的其它調控，它們的出現抑制了網絡理論所稱的混亂動態，可以讓網絡產生多重穩定的基因表達型式也能自我組合，形成所謂吸引子狀態。很多此種穩定吸引子狀態同時存在是多重細胞以及腫瘤細胞的基礎，因為這些型態的細胞含有不同的穩定基因表達輪廓。也許這不是巧合，在多細胞生物出現之前，miRNA出現在演化同時于基因調節網絡的高度復雜化。

　　這些研究有助于研究人員了解更多表達譜，以及相關網絡的相互作用。