第 605 期

研究發展
基因轉錄活動與基因功能的相關性：基因體層次的探索
NHRI researchers unravel the association between mRNA expression and phenotypes in a genome-wide study on mice

蛋白質譯碼基因（protein-coding genes）必須透過轉錄作用（transcription）產生mRNA，再經由轉譯作用（translation）產生蛋白質最終產物才能夠在細胞中發揮功能。過去的觀念以為，為維持基因在細胞內正確的活動，轉錄作用與轉譯作用皆需要受到精確的調控；然而，近年來不少研究指出，基因最終產物在空間和時間上量的控制可以主要發生在流程的後端（即轉譯作用時）。另外，基因體不明功能區域的轉錄活動（俗稱基因體中的暗黑物質，dark matter）以及演化上缺乏保守性的基因轉錄圖譜（transcriptional profiles）等發現，使部分學者認為生物體沒有必要耗費大量的資源及能量在基因表達的前期進行精確的控制，意即轉錄調控對生物的重要性遠比轉譯調控來得低。問題是，果真如此，細胞內部為何需要存在許多與轉錄調控相關的分子機制？基因在細胞或組織中的轉錄活性真的與基因功能關係不大嗎？

鑒於過去的研究皆缺乏關鍵及直接的數據說明轉錄調控與基因功能間的關係，本院群體健康科學研究所廖本揚副研究員及其研究室成員翁孟彬先生結合全球數十年來所累積數千個小家鼠（Mus musculus）基因的突變表型（phenotype）資料與上萬筆不同實驗方法（包含RNA-sequencing、 microarrays以及in situ hybridization等）所產生的轉錄表達資料，進行交叉比對及數據模擬等生物資訊分析，結果顯示：mRNA表現與突變性狀無論在基因層次還是在器官組織的層次皆有非常顯著的相關性；轉錄活性越高、越有組織專一性、越在胚胎早期表達，以及調控演化上越具備保守性的基因，越能夠經由其mRNA的轉錄活性預測其在該組織的突變性狀。此研究不僅證實基因轉錄調控與基因的功能相關，所觀察到的趨勢更有助於未來利用基因mRNA表達的特性來預測未知功能基因的功能；這些發現將有助於人類致病基因的偵測以及相關藥物的研發。此研究已發表於今年4月份美國國家科學院院刊（Proceedings of the National Academy of Sciences USA）。
《文/圖：群體健康科學研究所廖本揚副研究員》