中国学者Nature子刊揭开关键转录机制

沪震实业

2016/05/06 15:10

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RNA聚合酶II（Pol II）是我们基因表达的一个关键酶，负责将DNA转录为信使RNA（mRNA）。Pol II的转录精确性是非常重要的，因为转录失真会引起衰老和人类疾病（比如癌症）。好在Pol II能够及时发现并纠正自身的错误，确保每个新生mRNA与DNA模板相符。不过，科学家们对这一过程还并不那么了解。

香港科技大学（HKUST）的科学家们最近在Nature Communications 杂志上发表文章，揭示了Pol II控制转录精确性的一个关键机制。他们建立了一个动力学模型（Markov State Model），在原子水平上阐明了Pol II回头纠错的动态过程。

研究显示，Pol II纠正转录错误时需要逐步返回，主要涉及两种构象状态：frayed和backtracked。从frayed到backtracked的过渡是整个校正过程的限速步骤。“我们发现有一个关键氨基酸（Rpb1苏氨酸831）作为探针，检测错误RNA与模板DNA之间的弱互作。这个氨基酸所在的蛋白模体促使RNA进入frayed状态，”这篇文章的通讯作者，HKUST副教授黄旭辉（Xuhui Huang）介绍道。“我们与UCSD的Dong Wang团队合作对此进行了验证。”这项研究为人们揭示了转录的基础机制，有助于理解与转录失真有关的人类疾病和衰老问题。

高表达基因以随机爆发的形式转录，这个现象也被称为转录爆发（Transcriptional bursting）。但人们一直不清楚这种现象是如何发生的。为了在细菌中研究转录爆发的具体机制，哈佛大学和北京大学生物动态光学成像中心的研究人员开发了一个高通量的单分子分析技术，对各DNA模板的体外转录进行了跟踪研究。这项研究发表在Cell杂志上，文章的通讯作者是著名学者谢晓亮教授（X. Sunney Xie）。

科学家们近来发现，细胞不仅会读取基因，也会读取许多调控元件并将其转录为RNA。Nature Genetics杂志发表的一项研究显示，基因和调控元件的读取过程一开始非常相似，主要差异在于RNA产物的长度和稳定性。基因生成的RNA长而稳定，能够保证蛋白质合成。调控序列生成的RNA短而且不稳定，很快会被细胞清除。

那么，调控元件生成的RNA分子究竟承担着怎样的功能呢？Whitehead生物医学研究所的科学家们在Science杂志发表文章指出，调控元件转录的RNA有助于稳定转录因子和调控元件之间的互作。领导这项研究的是Whitehead生物医学研究所的Richard A Young博士，Young是研究人类胚胎干细胞的先驱，也是著名的基因组研究专家，在利用组学工具研究干细胞方面做出了重要的贡献。