Nature子刊：基因解碼，遵循道路交通規則

日期：2013-08-02 10:24:08

遺傳密碼的轉錄是最基本的一個生命過程，其類似于道路交通，有交通堵塞、事故以及控制車流量的警察。來自Weizmann研究所的研究人員近期在《自然》（Nature Communications）雜志上報告了這一驚人的研究發現，有可能推動開發出新一代的治療各種疾病的藥物。

轉錄過程有一個步驟確實與車輛的移動相似：酶一路沿著基因的“軌道”而行，生成的分子隨后將會翻譯成各種蛋白質，參與細胞的生命活動。在新研究中，生物化學系Rivka Dikstein教授領導的研究小組發現，正如在一條道路上，車輛之間保持一段合理的距離，是安全到達目的地最可靠的方法，轉錄酶也是如此。

科學家們追蹤了編碼microRNAs微小調控分子的基因的轉錄過程。利用人類細胞，他們采用不同的轉錄速率開展了實驗：高速率轉錄時，酶是突然啟動；低速率轉錄時，酶則以更長的時間間隔逐個啟動。這些實驗生成了一個看似矛盾的結果：當轉錄酶突然啟動時，生成的microRNA數量下降；反之，以更長時間間隔啟動的酶，microRNA的生成效率更高。

原來，當酶突然啟動時，一個快速地跟在另一個之后，它們最終會導致交通堵塞：當第一個酶在“減速坡”（造成轉錄暫停的一個分子信號）上停頓時，跟隨的酶會撞到它，從基因上跌落。自然，這樣的“交通事故”減少了生成microRNA的量。與之相反，當酶逐個啟動時，它們保持一個安全距離：每個都有充足的時間在“減速坡”減慢速度，成功地生成microRNA分子。換句話說，較慢的速度釋放單個酶是一種生成microRNAs更有效的方法。

由于這些研究結果闡明了microRNAs的生成過程，它們有可能幫助設計出以這些分子為基礎的藥物。在上世紀90年代被人們發現，由于microRNAs能夠幫助控制基因表達，例如阻斷致癌基因的活性，它們極其有望在未來的治療中起作用。當需要在細胞核中最深層次操控一個分子過程時，這種能力尤其有用。

從更根本的意義上說，新研究幫助揭示了轉錄的調控機制。例如，研究顯示在炎癥中，機體受到病毒或細菌入侵的威脅時，抗炎microRNAs釋放暫停下來。這是因為炎癥提高了轉錄酶的啟動速度，造成了交通堵塞，減少了這些microRNA的生成。轉而，這種microRNA生成減少為炎癥“贏得了時間”，給予了它機會在microRNA終止愈合功能之前完成這一過程。

最后，該研究還幫助解釋了Dikstein實驗室早先的一個研究發現：在較長的基因中，轉錄酶往往以長時間間隔低速啟動。基因越長，它有分子“減速坡”造成交通堵塞，讓轉錄脫離正常進程的風險更高。因此，相比于快速突然啟動的酶，以越低的速率沿著這樣的基因前行的轉錄酶，就越是能有效地完成它們的工作。