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首个证据!人类细胞可将RNA序列写入DNA,传统“中心法则”遭挑战

前瞻网    2021-06-17 16:41

 

 

细胞含有一种机制,它可以将DNA复制成一组新的DNA,然后进入一个新形成的细胞。但是根据传统的分子生物学的“中心法则”,聚合酶被认为只在DNA到DNA/RNA的一个方向上起作用,也就是说RNA序列不能被重写回基因组DNA。

而最近,托马斯·杰斐逊大学的研究人员提供了第一个证据,证明哺乳动物的RNA片段可以被写回DNA,这可能挑战生物学的核心教条,并可能对生物学的许多领域产生广泛影响。

首个证据!人类细胞可将RNA序列写入DNA,传统“中心法则”遭挑战

这项研究发表在6月11日的《科学进展》(Science Advances)杂志上。这一发现表明,人类的DNA聚合酶θ(Polθ)能够高效地将RNA信息编写为DNA。

波莫兰兹的团队首先研究了一种非常不寻常的聚合酶,即聚合酶θ(Polθ)。在哺乳动物细胞中的14种DNA聚合酶中,只有3种酶承担了复制整个基因组为细胞分裂做准备的大部分工作。剩下的11个主要参与检测和修复DNA链的断裂或错误。聚合酶可以修复DNA,但非常容易出错,会产生许多错误或突变。基于此,研究人员注意到,聚合酶θ(Polθ)的一些“坏”特性,是它与另一种细胞机器共享的,尽管在病毒中更常见的是逆转录酶。

和聚合酶θ一样,HIV逆转录酶作为DNA聚合酶,但也可以结合RNA并将RNA读回DNA链。值得一提的是,Polθ仅在少数组织类型中表达,但其在许多癌细胞中高度表达,且Polθ的存在对应于较差的临床结局。

在一系列实验中,研究人员测试了聚合酶θ与来自艾滋病病毒的逆转录酶之间的关系,这是同类研究中研究得最好的之一。他们证明了聚合酶θ能够将RNA信息转化为DNA,这一点和HIV逆转录酶一样好,而且它实际上比DNA复制到DNA做得更好。

聚合酶θ在使用RNA模板编写新的DNA信息时,比在DNA中复制DNA时更高效,引入的错误更少,这表明这种功能可能是它在细胞中的主要功能和目的。

该团队与南加州大学的Xiaojiang S. Chen博士的实验室合作,使用X射线晶体学来定义这种分子的结构,并发现这种分子能够改变形状,以适应更大的RNA分子——这在聚合酶中是独一无二的。

“我们的研究表明,聚合酶θ的主要功能是充当逆转录酶,”Pomerantz博士说。“在健康细胞中,这种分子的目的可能是用于RNA介导的DNA修复。在不健康的细胞中(如癌细胞),聚合酶高度表达,促进癌细胞生长和耐药性。进一步了解聚合酶在RNA上的活性如何有助于DNA修复和癌细胞增殖,这将是令人兴奋的。”

译/前瞻经济学人APP资讯组

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