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陈根:RNA写回DNA,只需一种酶

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陈述根本 2021-06-16 10:09

文/陈根

聚合酶(polymerase)又称多聚酶,是专门生物催化合成脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)的一类酶的统称。细胞中含有这种酶,帮助DNA复制成一组新的DNA,然后进入一个新形成的细胞。另外,聚合酶还可以构建RNA信息,作用于DNA到DNA或DNA到RNA这一方向。

一直以来,学界都认为聚合酶只在这一个方向上起作用,并不能反向作用,因为反向作用可能会导致RNA信息被重写回DNA基因组中。然而,近日,托马斯杰斐逊大学的研究人员发现,RNA片段可以被写回DNA。这一发现可能会颠覆生物学的核心观点,并对生物学的诸多领域产生影响。

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在哺乳动物的细胞中,有14种DNA聚合酶,其中3种酶承担了复制整个基因组并为细胞分裂做准备的工作,剩下的11种酶主要是检测和修复DNA链的断裂或错误。但是,聚合酶在修复过程中,容易产生错误或突变。

这些不好的特性和病毒中的某些特性相像,但在病毒中更常见的是逆转录酶。比如,和Polθ一样,HIV逆转录酶作为DNA聚合酶,可以结合RNA并将RNA读回DNA链。

在一系列实验中,研究人员测试了聚合酶θ跟来自艾滋病病毒的逆转录酶之间的关系,结果发现,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。这表明充当逆转录酶,可能是聚合酶在细胞中的主要功能

另外,该团队研究人员跟南加州大学的XiaojiangS.Chen博士的实验室合作,使用X射线晶体学来定义分子的结构,发现这种分子能够改变形状从而适应更大的RNA分子--这在聚合酶中是独一无二的。

在健康的细胞中,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,聚合酶高度表达会促进癌细胞生长和耐药性。进一步了解聚合酶在RNA上的活性将有助于DNA修复和癌细胞增殖研究。

人类聚合酶可以将RNA信息转化为DNA,这一机制具有重要意义,为许多研究奠定了基础。未来,RNA信息或可用作修复或重写基因组DNA的模板。

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