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2016-01-01細胞中的媒人－如何用大數據分析微小RNA的動態調控
553 期
Author 作者
蔡孟勳／臺灣大學生農學院生物科技研究所副教授，從在實驗桌上做細胞學實驗，到利用電腦用數字做生物醫學的研究，都會一點點。專長是生物資訊，次世代定序資料分析以及細胞學。
繁忙的社會中，大家都為了生活而努力忙著，常常不小心就誤了自己的終身大事，不是沒能找到對的另外一半，就是談得來的兩個人缺了臨門一腳，始終在「友達以上，戀人未滿」的狀態。這時不免想著，如果月下老人的紅線真的靈驗，能夠在茫茫人海中牽到對的另外一半，或是來位熱心的媒人，讓沒有緣份的兩個人能夠天雷勾動地火，該是多麼的美好的事情！
感情的世界，有了對的媒介幫忙，可以將原本不會發生的最遠的距離，轉化為最接近的人。同樣的，在小到如身體細胞內的分子世界裡，也有一群小分子們需要月下老人的紅線，才能找到正確的另一半，進行該有的化學反應。
細胞內的重要分子
細胞裡大大小小不同的分子各司其職，其中DNA分子存放著所有基因的資料，這些基因的資訊關聯著細胞中各種蛋白質的表現。蛋白質有許多不同的功能，像是作為酵素推動許多化學反應的進行，或是擔任細胞內、細胞間傳遞訊息的角色。蛋白質像是細胞中的工人負責大大小小的事情，因此細胞需要隨時生產不同的蛋白質。
而蛋白質是怎麼產生的呢？主要是透過轉錄的過程，利用RNA聚合酶讀取DNA上的基因序列產生互補的傳訊者RNA（mRNA），接著mRNA經由轉譯過程製造出蛋白質。因此當細胞需要蛋白質時，就需要儘速的把mRNA轉錄出來。細胞需要非常嚴謹的基因調控機制來管控mRNA的數量，才能精準控制蛋白質的產出。因此細胞中存在著許多管控mRNA的機制，而其中微小RNA（microRNA, miRNA）就是其中一種基因調控的機制。
什麼是miRNA？
miRNA是細胞中的小分子RNA，長度大約只有21~23個核苷酸，雖然同樣是RNA分子，但是這些RNA無法被轉譯成蛋白質。miRNA在細胞中數目眾多，但是一直沒能清楚他們在細胞中所扮演的角色，科學家們一直到了2000年後才逐漸了解到miRNA是基因調控的重要機制之一。細胞中miRNA就像曠男一樣，尋找著能與自己的鹼基序列互相配對的mRNA目標，只要彼此序列能配對，進而結合在一起，就像王子遇到了公主，一見鍾情互定終身。
只是在細胞中miRNA與mRNA的結合不是為了幸福快樂的生活，而是為了能啟動細胞中的降解機制，將此mRNA目標「終結」，調降mRNA的表現量或是抑制mRNA轉譯的發生，使其無法繼續執行其原有轉譯成為蛋白質的功能，達到調控蛋白質生成的目的。
圖一miRNA與他的目標mRNA
有趣的是，miRNA與mRNA的關係並非單純的一對一，而是一對多、甚至一個miRNA可以配對調控超過數十個目標mRNA，因此網路上有許多miRNA資料庫，如miRada、PicTar或是TargetScan等，利用不同的演算法計算序列配對程度與結構穩定性，預測能與特定miRNA互相結合的mRNA目標。然而這些線上的資料庫演算法都只能提供配對的預測結果，即使預測配對成功的分數相當高，但在細胞中是否能實際調控，則需要進一步由實驗室驗證。 ......【更多內容請閱讀科學月刊第553期】