生物技術—微型核糖核酸的介紹以及應用

生物技術—微型核糖核酸的介紹以及應用 (MicroRNA)
國立臺中第二高級中學生物科龔雍任老師/國立臺灣大學生命科學系陳俊宏教授責任編輯

microRNA 是一種non-coding RNA，也就是不會轉譯出蛋白質的RNA，在生物體內non-coding RNA扮演了控制基因的表現、訊息傳遞、調節蛋白質活性等相當重要的角色。microRNA最早於1993年在線蟲身上發現，是一群會自身摺疊的短鏈RNA，構造類似髮夾。

在阿拉伯芥中，亦發現名叫JAW的基因會產生microRNA，其摺疊之結構就如同來自病毒的RNA，因此在植物細胞中被當作RNA的干擾系統 (RNA interference; RNAi)，這些雙股RNA 經由細胞內兩群特別蛋白質dicer及RISC的協助，形成只有20個核苷酸左右的小片段單股RNA後，可與會產生蛋白質的mRNA結合成為雙股RNA，由於細胞內正常的mRNA都是單股，因此細胞中有一套酵素系統會專門辨認雙股RNA並將其破壞。

當JAW所產生的microRNA與某些調控植物形狀與大小的蛋白質的mRNA互補形成雙股RNA後， 此雙股RNA被特定酵素分解，以達到抑制基因表現的目的。

由生物資訊學的預估,人體至少有三分一左右的基因受microRNA所調控，至今研究人員已在哺乳類和人身上發現超過600種microRNA，可推斷生物體中大量利用microRNA以進行基因調控。

最近研究發現腦中有很多microRNA表現，有些對神經發育或神經再生有關，有些功能不明尚未找出其對應的RNA序列。若要檢測人體內的microRNA表現，目前可以購買套裝的microRNA生物晶片(bio-chip)來檢測。

測量的方式很簡單，先將細胞內的小片段RNA抽取出來，在那些RNA上標定會發出特定波長的螢光物質後，加到晶片上進行雜合(hybridization)，若雜合成功，帶螢光的小片段RNA便會留在晶片上，再以螢光讀取儀去偵測晶片上的螢光量，便可以知道在不同細胞中，或不同健康狀況下，身體有哪些microRNA被表現出來，表現量有多少等，這些資訊即可用以推測可能的基因調控。

例如：想要研究某種可促進神經再生的物質，可先利用microRNA chip找到那些microRNA可促進神經再生，再進一步將這些找到的microRNA在細胞內進行大量表現或是抑制表現，來評估參與神經再生的能力，便可以探討其作用之分子訊息途徑及相關機轉。再者，台大醫院團隊也以經由microRNA的篩選，對肺癌病人的診斷及再復發的可能性，提出新的判斷依據。

參考文獻

Du T, Zamore PD. 2005. microPrimer: the biogenesis and function of microRNA. Development 132(21):4645-4652.

Krichevsky AM, King KS, Donahue CP, Khrapko K, Kosik KS. 2003. A microRNA array reveals extensive regulation of microRNAs during brain development. Rna 9(10):1274-1281.

Lie DC, Song H, Colamarino SA, Ming GL, Gage FH. 2004. Neurogenesis in the adult brain: new strategies for central nervous system diseases. Annu Rev Pharmacol Toxicol 44:399-421.

Miska EA, Alvarez-Saavedra E, Townsend M, Yoshii A, Sestan N, Rakic P, Constantine-Paton M, Horvitz HR. 2004. Microarray analysis of microRNA expression in the developing mammalian brain. Genome Biol 5(9):R68.

Sempere LF, Freemantle S, Pitha-Rowe I, Moss E, Dmitrovsky E, Ambros V. 2004. Expression profiling of mammalian microRNAs uncovers a subset of brain-expressed microRNAs with possible roles in murine and human neuronal differentiation. Genome Biol 5(3):R13.

Yu SL et al. 2008 MicroRNA signature predicts survival and relapse in lung cancer. Cancer Cell 13(1):48-57

Palatnik JF et al 2003 Control of leaf morphogenesis by microRNAs. Nature 425(6955):257-263