基因RNA和蛋白表达水平不一致，怎么破？

根据生物领域大名鼎鼎的中心法则我们知道，蛋白质是由mRNA翻译而成的。所以，正常情况下在研究中我们都希望基因的RNA和蛋白质表达水平一致，可有时天公偏不作美，极个别的情况我们会看到不一致甚至相反的结果。这时候要咋办呢？本期推文小编将带大家一起来打怪——分析基因RNA和蛋白表达水平不一致的原因以及可能的解决办法。

话说有一日小编正在码字儿，忽然连着三声喷嚏，于是内心自恋了一把：莫非有人想我了？说时迟那时快，后台闪送了一条信息来：“这个推文我很喜欢”。哈哈，自恋的小编顿时神采奕奕，信心倍增，码字儿的速度立马从“自行车”变成了“道奇战斧”。

哈哈，和大家开个玩笑。很感谢大家对我们推文的喜欢，也希望新的一年里能继续得到大家的关注和点赞。

言归正传，我们进入今天的正题，熟悉生物学的老师们都知道中心法则。那就是DNA通过转录变成RNA，RNA通过翻译变成蛋白质。简单的流程可以参考下图，为了简单便捷，这里做了一个最简单版本的图示，对于逆转录、复制这些这里就省了，只要能体现出主流的意思就成。

所以正常的情况下我们都会觉得蛋白质是来自RNA，那RNA多了，蛋白质就会多。这个没有毛病，而且在绝大多数实验结果里确实是这样的，通过qPCR或者转录组测序确定一个基因的表达量，再通过WB检测该基因对应的蛋白质的表达量，往往这两种结果是一致的：你高我也高，你低我也低。

然而，等真正结果出来时，我不禁大吃一惊。这个结果确定不是来耍我的吧？

这时候估计很多小白内心有的慌了，然而... ... 对大神而言，看到这个结果时可能内心无比兴奋，因为这个结果可能意味着新的机制——存在转录后调控。下面小编将借助文献中的场景来和大家共享一下存在这种背道而驰的结果背后可能的原因是什么。

一、m6A甲基化修饰介导的转录后调控

在2023年发表的“m6A-driven SF3B1 translation control steers splicing to direct genome integrity and leukemogenesis”这篇文献中，发现在转录没有发生变化的情况下，SF3B1蛋白水平显著升高（图A）。同样，使用来自三个不同患者的连续样本进行的纵向数据分析显示，在进展过程中，SF3B1蛋白（mRNA丰度上升）的丰度急剧降低（图B）。

为解释这一现象，研究者们通过了一系列的研究，最终发现在SF3B1 mRNA的mORF上游存在两个转录起始位点上游可能也存在一些开放读码框（uORF），而且靠近主要开放读码框（mORF）附近有一个RRACH基序，该基序指导mORF附近88位腺苷（A）的甲基化。最终研究结果证明ALKBH5将SF3B1 5’UTR内的m6A88位点进行去甲基化，从而在不影响mRNA表达水平的情况下影响了蛋白质的表达水平。

知识延伸：

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我们知道mRNA翻译的时候是对应的开放读码框，正常情况下，一个mRNA只有一个起始密码子对应的开放读码框。然而后来研究发现，在转录起始位点上游可能也存在一些开放读码框，简写为uORF。该段序列也可以被翻译成蛋白质，而且uORF在基因表达调控方面发挥重要作用，可能会影响蛋白的翻译速度等。

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在转录后调控的机制中，m6A RNA修饰是其中很重要的一条，而且目前该修改对疾病的发生、发展等密切相关，也在治疗中发挥巨大的潜力。

二、RNA可变剪切相关的转录后调控

“PTBP1 controls intestinal epithelial regeneration through post-transcriptional regulation of gene expression”这一篇文献同样发表在2023年，研究显示PTBP1（多嘧啶结合蛋白1，也称为HNRNP I，是一种RNA结合蛋白，在转录后基因调控中发挥关键作用）通过基因表达的转录后调控控制肠上皮再生，研究中虽然没有明确的出现PTBP1会导致下游基因的RNA和蛋白水平表达不一致，但对PTBP1功能缺失后的样本进行转录组测序，发现最受影响的是可变剪切事件（834个基因），而mRNA丰度变化仅出现在26个基因上，仅有4个基因在mRNA丰度和剪接方面都表现出显著差异。

继续对PTBP1的下游基因进行挖掘，发现PTBP1抑制隐窝细胞PTBP2的mRNA和蛋白质水平上的表达，而这中间的机制就涉及到PTBP2基因10号外显子相关的可变剪切。所以从这里可以看出，虽然该研究中PTBP2的mRNA和蛋白质表达水平都是被抑制，也就是趋势是一致的，但其实背后也存在可变剪切相关的转录后调控。

知识延伸：

可变剪切也是转录后调控机制中的一条，在我们计算基因的RNA表达量时一般不会区别可变剪切，是所有落到基因上的reads一起计算，所以在RNA的水平上可能表达量不会发生变化。但是在转录后存在可变剪切，最终可能会影响翻译的效率，从而影响了蛋白质的表达水平。这样就会出现RNA和蛋白质表达水平不一致的情况。

三、翻译后修饰相关的调控

在2021年发表的“TEM8 marks neovasculogenic tumor-initiating cells in triple-negative breast cancer”文献中提到，TNBC组织中TEM8的mRNA表达水平低于Luminal 亚型（右下图），但是蛋白表达水平显著比其他亚型的乳腺癌组织要高（左下图）。

对于这个结果研究者推荐我们TEM8在BC亚型中的mRNA和蛋白表达之间的差异可能源于翻译后修饰。后通过实验也证实了这一点，结果表明ERα与泛素E3酶ASB10的启动子区结合并激活ASB10转录，而ASB10与TEM8存在互作，进而影响TEM8的泛素化水平，最终影响TEM8蛋白水平。在TNBC组织组织中，由于ASB10含量低所以使TEM8蛋白含量升高。

知识延伸：

翻译后修饰是和转录后修饰都在基因的表达调控中发挥重要的作用，从该文献中可以看出mRNA水平一致的情况下，最终靶蛋白因为大量积累而造成蛋白含量升高，从而产生了两者的不一致。

好啦，通过上面的几篇文献的介绍，我相信大家再遇到RNA和蛋白质表达水平不一致的结果时会比较淡定的对待啦。如果觉得是新的机会，那可以具体开展实验来验证，如果来不及的验证，那至少可以从几个角度去猜测和解释。不过可能很多新手看到上面比较专业的图表和结果会觉得头还是蒙蒙的，那小编把本文中提到的三种可能的解释总结如下。

当遇到自己的样本中某个基因的RNA水平和蛋白表达水平不一致的时候可以从三个角度去（肯定还有更多可能的原因，这里只总结本推文中介绍的三方面原因）考虑：1、存在m6A介导的转录后调控；2、存在可变剪切相关的转录后调控；3、存在翻译后修饰相关的调控。