中國學者Nature子刊揭開關鍵轉錄機制
日期：2016-05-05 10:09:46
RNA聚合酶II（Pol II）是我們基因表達的一個關鍵酶，負責將DNA轉錄為信使RNA（mRNA）。Pol II的轉錄精確性是非常重要的，因為轉錄失真會引起衰老和人類疾病（比如癌癥）。好在Pol II能夠及時發現并糾正自身的錯誤，確保每個新生mRNA與DNA模板相符。不過，科學家們對這一過程還并不那么了解。
香港科技大學（HKUST）的科學家們最近在Nature Communications 雜志上發表文章，揭示了Pol II控制轉錄精確性的一個關鍵機制。他們建立了一個動力學模型（Markov State Model），在原子水平上闡明了Pol II回頭糾錯的動態過程。
研究顯示，Pol II糾正轉錄錯誤時需要逐步返回，主要涉及兩種構象狀態：frayed和backtracked。從frayed到backtracked的過渡是整個校正過程的限速步驟。“我們發現有一個關鍵氨基酸（Rpb1蘇氨酸831）作為探針，檢測錯誤RNA與模板DNA之間的弱互作。這個氨基酸所在的蛋白模體促使RNA進入frayed狀態，”這篇文章的通訊作者，HKUST副教授黃旭輝（Xuhui Huang）介紹道。“我們與UCSD的Dong Wang團隊合作對此進行了驗證。”這項研究為人們揭示了轉錄的基礎機制，有助于理解與轉錄失真有關的人類疾病和衰老問題。
高表達基因以隨機爆發的形式轉錄，這個現象也被稱為轉錄爆發（Transcriptional bursting）。但人們一直不清楚這種現象是如何發生的。為了在細菌中研究轉錄爆發的具體機制，哈佛大學和北京大學生物動態光學成像中心的研究人員開發了一個高通量的單分子分析技術，對各DNA模板的體外轉錄進行了跟蹤研究。這項研究發表在Cell雜志上，文章的通訊作者是著名學者謝曉亮教授（X. Sunney Xie）。
科學家們近來發現，細胞不僅會讀取基因，也會讀取許多調控元件并將其轉錄為RNA。Nature Genetics雜志發表的一項研究顯示，基因和調控元件的讀取過程一開始非常相似，主要差異在于RNA產物的長度和穩定性。基因生成的RNA長而穩定，能夠保證蛋白質合成。調控序列生成的RNA短而且不穩定，很快會被細胞清除。
那么，調控元件生成的RNA分子究竟承擔著怎樣的功能呢？Whitehead生物醫學研究所的科學家們在Science雜志發表文章指出，調控元件轉錄的RNA有助于穩定轉錄因子和調控元件之間的互作。領導這項研究的是Whitehead生物醫學研究所的Richard A Young博士，Young是研究人類胚胎干細胞的先驅，也是著名的基因組研究專家，在利用組學工具研究干細胞方面做出了重要的貢獻。
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