miRNA是怎麼出現的？

 

圖片來源：維基百科

miRNA（microRNA），又稱為微RNA（微核糖核酸），是廣泛存在於真核生物中的一種大約21到23個核苷酸長的RNA分子。miRNA來自一些從DNA轉錄而來，但無法進一步轉譯成蛋白質的RNA（也就是所謂的非編碼RNA）。通過與目標信息RNA（mRNA）結合，miRNA可以抑制該mRNA的轉譯，也就是說，它可以抑制轉錄後的基因表現，在調控基因表現、細胞周期、生物體發育等方面都很重要。

miRNA怎麼被發現的？在1989年，Victor Ambros發現秀麗隱杆線蟲（C. elegans）中的基因 lin-4 會抑制另一個基因 lin-14。他們認為 lin-4 應該是藉由表現一種調控蛋白質來達成這件事。但是在1993年，他的學生 Rosalind Lee 和 Phonda Feinbaum 選殖出了 lin-4，卻發現這個基因非常小，不足以做出蛋白質，而且這個基因的產物也確實不是蛋白質，而是一個長度只有22個核苷酸的RNA。後來他們發現這個RNA可以和其他蛋白質結合，阻斷lin-14表現。這個分子的一端折回來與另一端形成不完全的互補配對，稱為「髮夾結構」。

後來發現，miRNA（微型RNA）通常會形成一種特殊的二級結構，稱為髮夾結構。在這種結構中，miRNA的一部分序列與它自身的另一部分序列進行互補配對，形成一個穩定的環狀或折返結構。這種髮夾結構對miRNA的功能非常重要，因為它使得miRNA能夠被細胞內特定的酶識別和加工，進而參與對目標mRNA的調節作用。

所以miRNA廣泛存在於生物體內。但是，到底一開始miRNA是怎麼產生的？最近赫爾辛基大學的發現，提供了一些有趣的資訊。

研究團隊透過數據分析和進化重建的複雜過程，發現了DNA複製中的模板切換突變（TSM）。他們收集並比對了多種物種中的miRNA基因序列，特別關注存在於人類的序列。透過比較不同物種間的親子序列對，他們辨認出TSM比傳統突變更能合理解釋觀察到的複雜序列差異。

模板切換突變（Template Switching Mutation, TSM）是一種DNA複製相關的突變機制。在DNA複製過程中，當DNA聚合酶遇到損傷或障礙時，新合成的DNA鏈可能會暫時脫離原來的模板鏈，並與相對的另一條鏈進行配對。這個過程可能導致新合成的DNA鏈在短暫切換到另一條鏈後，再回到原來的模板上繼續複製。這種突變可以在單次事件中引入複雜的序列變化，並創造完美的基底配對，用於整個髮夾結構的形成。

研究團隊指出，模板切換突變在靈長類動物進化中扮演了重要角色，促成了大量適合的髮夾結構，進而生成至少18個新的人類miRNA基因。這項發現顯示了TSM在基因創新和遺傳信息重組方面的重要作用，並暗示了這種機制在迅速適應環境變化中的潛在重要性。

參考文獻：

Generation of de novo miRNAs from template switching during DNA replication PNAS. https://doi.org/10.1073/pnas.2310752120