生物信息学研究部2015年3月简报

清华大学汪小我、谢震研究组在《美国科学院院刊》发文

通过合成与系统生物学方法揭示microRNA定量调控规律

 

2015年3月10日,清华大学自动化系、清华信息国家实验室生物信息学研究部/合成与系统生物学中心汪小我和谢震研究组在《美国科学院院刊》(PNAS)发表了题为《模型指导下用合成基因线路对microRNA介导的竞争性内源RNA调控进行定量分析》(Model-guided quantitative analysis of microRNA-mediated regulation on competing endogenous RNAs using a synthetic gene circuit)的研究论文。论文系统分析了microRNA与竞争性内源RNA的调控关系,发现了若干影响其定量调控规律的因素,并提出了RNA干扰(RNAi)技术的改进原则。

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将系统生物学建模分析与合成生物学实验相结合解析microRNA定量调控规律

       清华大学自动化系、清华信息国家实验室博士生袁野和研究助理刘兵为论文共同第一作者,汪小我副教授、谢震研究员为共同通讯作者,硕士生谢芃、张奇伟教授和李衍达院士为文章共同作者。

MicroRNA是一类短的非编码RNA,通过与靶RNA结合抑制靶基因表达,在动植物中起到重要的转录后调控作用。每一类microRNA可以结合多种靶RNA。当microRNA表达量一定时,靶RNA通过与microRNA的竞争性结合消耗细胞内游离的microRNA,从而影响其对其他靶基因的调控,这一现象被称为竞争性内源RNA(ceRNA)效应。RNAi技术中的脱靶现象也与该效应密切相关。定量地刻画ceRNA效应,对理解microRNA调控规律和改进RNAi技术都具有重要意义。

论文将系统生物学建模分析与合成生物学实验相结合,建立了microRNA调控的数学模型,构建对应的合成基因线路并植入细胞中模拟ceRNA效应,证实了靶RNA和microRNA浓度对ceRNA效应的阈值现象,发现了microRNA的靶位点结合能力对ceRNA效应强度影响的函数关系,阐述了microRNA通路和RNAi通路竞争效应的不对称性,并从理论上提出了RNAi技术的改进方向。这一工作,是将生物信息学、系统生物学与合成生物学相结合,定量揭示基因调控规律的一个成功范例,其科学发现为理解复杂的microRNA调控系统和未来用RNAi技术有效设计疾病基因靶向治疗等提供了理论基础。

该成果得到了国家九七三计划、自然科学基金优秀青年基金、青年千人计划和清华信息国家实验室的资助。

学术交流:

3月11日美国爱荷华大学KinFai Au教授访问生物信息学研究部,做题为“Characterization of gene fusions by Hybrid-Seq的学术报告”。