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Cell:打破常规!发现独特的DNA编辑功能

文章摘要:2017年3月23日---一种单细胞纤毛虫物种以一种看似不可能的方式使用细胞转录复合体。

      2017年3月23日---一种单细胞纤毛虫物种以一种看似不可能的方式使用细胞转录复合体。在一项新的研究中,来自瑞士伯尔尼大学的研究人员首次详细地描述了 “垃圾DNA”在遭受降解之前转录的机制。这种机制是非常巧妙的。它听起来像是一场设计竞赛中的获奖设计方案:当小片段信息太短而不适合放入读取设备中时,如何读取这些小片段信息呢?将它们缝接在一起形成一条更长的链,然后将这条链闭合,从而产生一种便于使用的环。这种环甚至能够被这种读取设备重复地读取。这就是一种被称作第四双小核草履虫(Paramecium tetraurelia)的单细胞纤毛虫物种如何将小切离DNA片段(excised DNA segment)转录为具有调节功能的小RNA。 当来自伯尔尼大学细胞生物学研究所的Mariusz Nowacki发现小RNA在清除来自草履虫DNA的片段中发挥着调节的功能时,他和他的团队研究起了其中的分子机制:这些小RNA是怎么产生的?它们的确切功能是什么?他们很快发现在对DNA片段的清除中似乎存在一种反馈循环。这些DNA片段之前被认为是没有用处的。它们是从草履虫基因组中切离出来的,随后被降解掉。然而,在降解之前,它们起着小RNA模板的作用,它们所产生的小RNA接着有助切割出更多的这些DNA片段。一旦启动,这种金字塔式系统即通过产生小RNA自我强化。

      让不能够转录的DNA片段发生转录

尽管这种系统看似如此美丽和迷人,但是这些研究人员也遇到一个严重的问题:通常,细胞转录复合体需要更长的DNA片段才能运作,因此这些小切离DNA片段(长度甚至不到30个碱基对)如何能够起着模板的作用?如果针对这一点没有一种很好的解释,那么这整个理论看起来是非常难以置信的。Nowacki回忆道,“这是一种有趣的侦探工作。”他们作出一种猜测:所有他们需要做的事情是证明这种测。“我们事实上并不是寻找未知的世界,这是因为我们很快有一种新的想法,随后就是测试这种想法。”他们的猜测经证实是正确的:草履虫找出一种方法将小切离DNA片段随机地串联在一起形成一条链,一旦这条链达到合适的长度(大约200个碱基对),就将它的末端连接在一起形成这些小切离DNA片段的环形串联体。这些环形串联体经转录后产生双链RNA。所产生的双联RNA在Dicer样蛋白的切割下产生一群具有调节功能的小RNA,而且这些小RNA与小切离DNA片段在序列上准确地匹配。

       垃圾DNA或者不是垃圾DNA?

      这一发现具有重要的分子生物学意义。人们的常规看法是被认为是非编码性“垃圾”的DNA对这种有机体没有用处,在从有机体的基因组中切除后会很快地遭受降解。但是,事实上,它们是一类具有生物学重要性的小RNA的功能性模板。它们确实是分子生物学上的重大的新兴领域之一:垃圾DNA是否真的是无价值的,这是因为越来越明显的是:它们确实具有调节功能。Nowacki认为在这项研究中,他的团队是首次能够阐明这种切离的“垃圾DNA”的精确转录机制,这就进一步证实它们应当改名了。

      RNA与疾病---RNA生物学功能在疾病机制中的作用 Nowacki团队研究了一类长期被忽视的分子:RNA。它们在很多重要的过程中发挥至关重要的作用,而且比初始认为的更加复杂。比如,在一个特定的细胞中,RNA决定了一个给定的基因在何种条件下激活或灭活。如果这种基因调节过程的任何一个部分发生故障或者不能够平稳运行的话,那么它能够导致心脏病、癌症、脑部疾病和代谢疾病。


  


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