PNAS驚人發(fā)現(xiàn)：基因轉(zhuǎn)錄成雙對(duì)
日期：2013-02-05 09:21:56
DNA轉(zhuǎn)錄是指根據(jù)DNA模板生成信使RNA用于蛋白質(zhì)合成的過(guò)程。現(xiàn)在Whitehead研究所的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，編碼蛋白的DNA在開(kāi)始轉(zhuǎn)錄時(shí)會(huì)同時(shí)啟動(dòng)一個(gè)逆向轉(zhuǎn)錄程序，生成相應(yīng)的長(zhǎng)非編碼RNA（lncRNA）。而且，在干細(xì)胞分化為其他類型細(xì)胞的過(guò)程中，成對(duì)mRNA 和lncRNA的轉(zhuǎn)錄是相協(xié)調(diào)的。這一發(fā)現(xiàn)有助于人們重新理解基因的組織形式及其調(diào)控。
“基因成對(duì)出現(xiàn)，讓我們非常驚訝，” Whitehead研究所的Richard Young說(shuō)，他也是麻省理工MIT的生物學(xué)教授。“人類干細(xì)胞約兩萬(wàn)個(gè)活躍的蛋白編碼基因中，每一個(gè)mRNA基因的上游都存在一個(gè)與之一同轉(zhuǎn)錄的lncRNA基因。我們投入了那么多精力來(lái)研究蛋白編碼基因，但卻從未注意到這一點(diǎn)，蛋白編碼基因（即mRNA基因）與lncRNA基因是成對(duì)的。一旦你激活mRNA基因，也就激活了lncRNA基因。”這項(xiàng)研究發(fā)表在本周的美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊PNAS雜志上。
迄今為止，人們一直認(rèn)為轉(zhuǎn)錄機(jī)器在啟動(dòng)子與DNA結(jié)合后，就沿著DNA鏈朝一個(gè)方向移動(dòng)，依據(jù)蛋白編碼基因生成mRNA。其他不作為蛋白模板的RNA在調(diào)控基因表達(dá)、發(fā)育和疾病中有重要作用，盡管這些RNA（包括lncRNA）也是通過(guò)轉(zhuǎn)錄生成的，但科學(xué)家們并不了解lncRNA轉(zhuǎn)錄的起始機(jī)制，也清楚大部分lncRNA基因在基因組中的定位。長(zhǎng)非編碼RNA是指長(zhǎng)度超過(guò)三百個(gè)核苷酸的RNA分子，其上沒(méi)有任何編碼蛋白的閱讀框。
通過(guò)研究人類和小鼠的胚胎干細(xì)胞，研究人員獲得了驚人的發(fā)現(xiàn)。研究顯示，絕大多數(shù)lncRNA基因與mRNA基因相鄰，其中大部分lncRNA（65%）的轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)就在相應(yīng)mRNA基因的活性啟動(dòng)子上，lncRNA的轉(zhuǎn)錄在此處向“上游”反向運(yùn)行。
研究人員指出，當(dāng)轉(zhuǎn)錄機(jī)器結(jié)合到啟動(dòng)子上時(shí)，一邊向“下”啟動(dòng)mRNA轉(zhuǎn)錄，一邊向“上”啟動(dòng)相鄰的lncRNA轉(zhuǎn)錄。他們還發(fā)現(xiàn)，隨著胚胎干細(xì)胞開(kāi)始分化為其他類型細(xì)胞，成對(duì)mRNA/lncRNA受到的調(diào)控是一致的，同時(shí)上調(diào)或下調(diào)。這進(jìn)一步證明了mRNA和lncRNA轉(zhuǎn)錄之間的關(guān)聯(lián)。
“我認(rèn)為這是一大突破，”文章的共同作者，Young實(shí)驗(yàn)室的博后Alla Sigova說(shuō)。“這項(xiàng)研究為mRNA和lncRNA合成提供了一個(gè)統(tǒng)一規(guī)則，為研究疾病中的lncRNA誤調(diào)節(jié)帶來(lái)了新的啟示。舉例來(lái)說(shuō)，在癌癥中一些mRNA被上調(diào)或下調(diào)，那么其配對(duì)的lncRNA也可能受到了與癌癥有關(guān)的影響。”
