RNA聚合酶II（Pol II）是我們基因表達(dá)的一個關(guān)鍵酶，負(fù)責(zé)將DNA轉(zhuǎn)錄為信使RNA（mRNA）。Pol II的轉(zhuǎn)錄精確性是非常重要的，因為轉(zhuǎn)錄失真會引起衰老和人類疾?。ū热绨┌Y）。好在Pol II能夠及時發(fā)現(xiàn)并糾正自身的錯誤，確保每個新生mRNA與DNA模板相符。不過，科學(xué)家們對這一過程還并不那么了解。

香港科技大學(xué)（HKUST）的科學(xué)家們最近在Nature Communications 雜志上發(fā)表文章，揭示了Pol II控制轉(zhuǎn)錄精確性的一個關(guān)鍵機(jī)制。他們建立了一個動力學(xué)模型（Markov State Model），在原子水平上闡明了Pol II回頭糾錯的動態(tài)過程。

研究顯示，Pol II糾正轉(zhuǎn)錄錯誤時需要逐步返回，主要涉及兩種構(gòu)象狀態(tài)：frayed和backtracked。從frayed到backtracked的過渡是整個校正過程的限速步驟。“我們發(fā)現(xiàn)有一個關(guān)鍵氨基酸（Rpb1蘇氨酸831）作為探針，檢測錯誤RNA與模板DNA之間的弱互作。這個氨基酸所在的蛋白模體促使RNA進(jìn)入frayed狀態(tài)，”這篇文章的通訊作者，HKUST副教授黃旭輝（Xuhui Huang）介紹道。“我們與UCSD的Dong Wang團(tuán)隊合作對此進(jìn)行了驗證。”這項研究為人們揭示了轉(zhuǎn)錄的基礎(chǔ)機(jī)制，有助于理解與轉(zhuǎn)錄失真有關(guān)的人類疾病和衰老問題。

高表達(dá)基因以隨機(jī)爆發(fā)的形式轉(zhuǎn)錄，這個現(xiàn)象也被稱為轉(zhuǎn)錄爆發(fā)（Transcriptional bursting）。但人們一直不清楚這種現(xiàn)象是如何發(fā)生的。為了在細(xì)菌中研究轉(zhuǎn)錄爆發(fā)的具體機(jī)制，哈佛大學(xué)和北京大學(xué)生物動態(tài)光學(xué)成像中心的研究人員開發(fā)了一個高通量的單分子分析技術(shù)，對各DNA模板的體外轉(zhuǎn)錄進(jìn)行了跟蹤研究。這項研究發(fā)表在Cell雜志上，文章的通訊作者是著名學(xué)者謝曉亮教授（X. Sunney Xie）。

科學(xué)家們近來發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞不僅會讀取基因，也會讀取許多調(diào)控元件并將其轉(zhuǎn)錄為RNA。Nature Genetics雜志發(fā)表的一項研究顯示，基因和調(diào)控元件的讀取過程一開始非常相似，主要差異在于RNA產(chǎn)物的長度和穩(wěn)定性。基因生成的RNA長而穩(wěn)定，能夠保證蛋白質(zhì)合成。調(diào)控序列生成的RNA短而且不穩(wěn)定，很快會被細(xì)胞清除。

那么，調(diào)控元件生成的RNA分子究竟承擔(dān)著怎樣的功能呢？Whitehead生物醫(yī)學(xué)研究所的科學(xué)家們在Science雜志發(fā)表文章指出，調(diào)控元件轉(zhuǎn)錄的RNA有助于穩(wěn)定轉(zhuǎn)錄因子和調(diào)控元件之間的互作。領(lǐng)導(dǎo)這項研究的是Whitehead生物醫(yī)學(xué)研究所的Richard A Young博士，Young是研究人類胚胎干細(xì)胞的先驅(qū)，也是著名的基因組研究專家，在利用組學(xué)工具研究干細(xì)胞方面做出了重要的貢獻(xiàn)。