晝夜節律 (circadian rhythm) 又稱生理時鐘，大約是每 24 小時重複一次的生理和心理過程循環，以管理生物如人類的睡眠方式。為了解生理時鐘的成因，學界一直研究所謂的「時鐘基因」，但最新刊於《美國國家科學院期刊 (PNAS) 》的研究指，生理時鐘部分的秘密可能在於我們的「垃圾 DNA」，並負責部份生理時鐘的調節。

領導研究的南加州大學神經學、生物醫學工程和定量計算生物學教授 Steve Kay 在聲明中指，學界早已看到「時鐘基因」在許多不同疾病中的重要性，但未有重視我們所謂的非編碼小分子核糖核酸 (microRNA, miRNA) 的世界。

基因是基因組中一小段 DNA 或 RNA，其中包含用於構建蛋白質的編碼，而「垃圾 DNA」是指不會製造蛋白質的編碼，或是只能製造出無轉譯能力 RNA 的 DNA 序列。自 1950 年代，人類發現 DNA 編碼製造蛋白質，當時學者都假設幾乎全部 DNA 都會為蛋白質編碼。直到 1970 年代，學界才發現只有極少數基因編碼製造有用蛋白質，而在人類基因組更僅有 1% 是蛋白質編碼；其餘部分被稱為「垃圾 DNA」，科學家一直研究其用途。

過去有研究表明，一些「垃圾 DNA」有如一個「開關掣」， miRNA 可通過阻止信使 RNA 生產蛋白質，在基因表達中起重要作用，並調節基因是「開啟」用以產造蛋白質或是「關閉」。

在新研究中，團隊根據 24 小時生理時鐘週期，改造發光細胞，並將近 1,000 個不同的 miRNA 引入每一個經改造細胞，逐個開關以了解這些「垃圾 DNA」會否影響到細胞週期繼而令其是否發光。

Kay 指，令團隊驚訝的是，發現了大約 110–120 個 miRNA 能夠影響生理時鐘。

在確定了何種 miRNA 有影響後，團隊再於小鼠身上測試，以確認這些 miRNA 是否改變小鼠行為。正如團隊預期一樣，當關閉 miRNA 會令小鼠在黑暗實驗室中的轉輪上奔跑，團隊亦發現小鼠的大腦、視網膜和肺組織出現變化，可能是與其身體晝夜節律的改變有關。

團隊指，研究亦可為生物醫學的發展鋪路。現時已知晝夜節律紊亂與少數疾病有關，例如阿茲海默症和其他形式的腦退化疾病。通過更了解 miRNA 對晝夜節律週期影響，團隊希望可為新的療法打開大門。

來源：
IFL Science, "Junk DNA" Helps Regulate Your Body's Circadian Rhythm, New Study Suggests, 5 January 2021

報告：
Zhou, L., Miller, C., Mirgalia, L.J. & et al. (2021). A genome-wide microRNA screen identifies the microRNA-183/96/182 cluster as a modulator of circadian rhythms. PNAS 5 January 2021. doi: 10.1073/pnas.2020454118

文／Alan Chiu