Nature：RNA代謝和調控之間的新聯系
日期：2014-12-25 10:23:37
在細胞中，核糖核酸（RNAs）是最常見的，被稱為信使或支架分子，但是它們也可以加快關鍵的生化反應和調控代謝途徑。這些調控RNAs是在短短幾年前發現的。最近，在對細菌進行的研究中，來自海德堡大學的科學家們在RNAs中發現了以前未知的修飾，可提高它們對抗細胞降解機制的穩定性。此外，調控RNAs還與癌癥發展和細菌感染有關。相關研究結果，由制藥和分子生物技術研究所的研究人員發表在最近的《自然》雜志（Nature）。
在細菌中，大多數這些調控RNA可通過結合其他RNA分子（例如信使RNAs）而起作用，從而引發所產生復合物的降解。因此，結合的RNA不再能夠用于蛋白質的生物合成，該研究所的Andres Jäschke教授解釋說：“到目前為止，調控RNAs一直被認為是由四種標準的構建模塊組成，核苷酸A、C、G和U?，F在我們可以表明，腸道菌大腸桿菌（Escherichia coli）的一些調控RNAs在其末端攜帶一種特殊的修飾，可以提高它們對抗細胞降解機制的穩定性。”此外，Jäschke帶領的研究小組發現了一種酶，可以消除這種修飾帽，并釋放先前受保護的RNA用于降解。根據Jäschke教授介紹，這種改性劑是一種“老熟人”，即煙酰腺嘌呤二核苷酸（NAD），其被認為在細菌和高等生物的代謝中發揮關鍵的作用。
通過化學家Hana Cahová博士和生物技術專家Marie-Luise Winz博士開發的一種新方法，可以把這些NAD改性的調控RNAs分離出來。在他們的方法中，利用來自海洋軟體動物的一種酶和一種稱為“點擊化學”的技術，來標記包含在總RNA樣品中的NAD改性RNA分子，而所有其他則保持不變。因此，標記的RNAs可被選擇性地分離，并通過高通量測序和對比數據庫進行確定。Andres Jäschke指出：“對于我們所確定的大多數改性RNAs來說，目前為止還沒有已知的生物學功能。有趣的是，其他改性RNA已經在細胞代謝的背景下得以描述，或與細菌對極端環境條件所致壓力的反應有關。”
現在，科學家們深入調查了“為什么細菌用NAD修改它的一些調控RNA？”的問題，生物技術專家Katharina Höfer博士稱：“因為末端的化學性質已知是細胞酶降解RNA的一個關鍵因素，我們假設NAD修飾可能使RNA穩定。”因此，她與生化學家Gabriele Nübel合作，調查了幾個已知的降解途徑。研究人員的確證實，對抗兩種修飾和降解酶的穩定性顯著增加。一旦目的達到，細胞就切割下這個保護帽，因為這種酶對此非常有用，所以科學家們進一步測試了這種酶，再次發現了他們尋找的東西：其中一種酶能移除NAD，從而可啟動RNA降解。
Andres Jäschke的研究小組懷疑，附加的NAD有其他的功能。Jäschke教授解釋說：“NAD以一種特定的方式與許多蛋白質相互作用，所以NAD-RNAs也可能形成蛋白質復合物，反過來它又可能調節細菌中的各種過程。此外，NAD可能以兩種不同的形式發生在細胞中，即以氧化方式和還原方式。這兩種狀態之間的平衡，可能影響和調節NAD-RNAs的生物學功能。”
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科學家介紹說，幾十年來RNA末端的保護帽一直被認為存在于高等生物中，但這項研究首次報道了細菌中的一種帽狀結構（但化學成分不同）。這些研究開辟了一個新的研究領域，因為這一新修飾的生物學功能和機理目前需要被澄清。Andres Jäschke評論說：“我們特別感興趣的是，查明哪些NAD修飾僅存在于細菌中，或者也存在于高等生物中。如果這是細菌一個特有的現象，那么它可能會為新的抗菌治療提供線索。”
