來自麻省理工學院的生物學家們，發(fā)現(xiàn)了一種確保細胞能夠按正確的方向讀取自身DNA，阻止拷貝大部分構(gòu)成我們基因組長片段的所謂“垃圾DNA”的機制。

人類基因組僅有大約15%是由蛋白質(zhì)編碼基因構(gòu)成，近年來科學家們發(fā)現(xiàn)有驚人數(shù)量的垃圾DNA（基因間DNA）也拷貝成為了RNA。

科學家們一直試圖弄明白這種RNA可能的作用。2008年，麻省理工學院的Phillip Sharp教授領導研究人員發(fā)現(xiàn)，許多這樣的RNA是通過一種稱作為分向表達（divergent expression）的過程生成，通過這一過程細胞可以從某一特定的起始位點按兩個方向讀取它們的DNA。

在發(fā)表于6月23日《自然》（Nature）雜志上的一篇新研究論文中，Sharp和同事們描述了細胞按上游非蛋白編碼方向啟動并隨后終止RNA拷貝，同時能夠在基因正確閱讀方向上繼續(xù)RNA拷貝的機制。這一研究發(fā)現(xiàn)有助于解釋許多近期發(fā)現(xiàn)的功能未知的短RNA鏈類型。

Sharp 說：“這是關于RNA的一次革命性認識，我們在細胞中看到了不同的RNAs和從未猜想到的一些新RNAs。它使得我們?nèi)碌亓私饬藢崿F(xiàn)細胞功能的基礎過程之間的平衡?！?/SPAN>

選擇方向

細胞核內(nèi)的DNA，通過編碼生成RNAs和蛋白質(zhì)，來控制細胞活動。為了實現(xiàn)這種控制，首先必須將DNA編碼的遺傳信息拷貝（轉(zhuǎn)錄）為信使RNA(mRNA)。

當DNA解開雙螺旋顯露它的遺傳信息時，可以在任一方向上進行RNA轉(zhuǎn)錄。為了啟動這種拷貝，RNA聚合酶附著到DNA的啟動子上。隨后RNA聚合酶沿著DNA鏈移動，邊走邊構(gòu)建mRNA鏈。

當RNA聚合酶到達基因末端的終止信號處時，它會停止轉(zhuǎn)錄，給mRNA添加上一段poly-A尾序列。這一稱作為多聚腺苷酸化的過程，幫助為mRNA分子輸出細胞核做好了準備。

通過測序小鼠胚胎干細胞的mRNA轉(zhuǎn)錄物，研究人員發(fā)現(xiàn)，多聚腺苷酸化還在終止上游非編碼DNA序列的轉(zhuǎn)錄中發(fā)揮了關鍵性的作用。他們發(fā)現(xiàn)這些非編碼DNA區(qū)域具有高密度的多聚腺苷酸化信號序列，在RNA變得很長之前它們促進了酶將其切斷。而基因編碼DNA片段則具有低密度的多聚腺苷酸化信號序列。

研究人員還發(fā)現(xiàn)另一個因子影響了轉(zhuǎn)錄是否繼續(xù)。近期的研究證實，當細胞因子U1 snRNP結(jié)合到RNA上時，多聚腺苷酸化受到抑制。麻省理工學院的新研究發(fā)現(xiàn)，相比于非編碼序列，基因的U1 snRNP結(jié)合位點密度更高，這使得基因轉(zhuǎn)錄得以繼續(xù)，不會間斷。

賓夕法尼亞大學醫(yī)學院生物化學和生物物理學教授Gideon Dreyfuss說，這項工作證實了U1 snRNP在基因轉(zhuǎn)錄為mRNA的過程中對保護mRNA起重要的作用，并且它阻止了細胞對非蛋白質(zhì)編碼DNA進行不必要的拷貝。

“他們確定了這些上游RNAs提前終止拷貝一種很有可能的機制：使它們喪失U1 snRNP抑制多聚腺苷酸化和裂解的能力，”Dreyfuss說。

一種普遍的現(xiàn)象

所有這些上游非編碼RNA的功能仍有待深入地調(diào)查?！斑@種轉(zhuǎn)錄過程有可能生成具有某種功能的RNA，它也有可能是天然生物化學反應的結(jié)果?？茖W家們還將對此展開長期的辯論，”Sharp說。

Sharp的實驗室現(xiàn)正探索這一轉(zhuǎn)錄過程與大量所謂的長鏈非編碼RNAs(lncRNAs)之間的關系。他還計劃調(diào)查這些RNAs合成的控制機制，并盡力確定它們的功能。

“一旦你看到一些像這樣的數(shù)據(jù)，它會引出更多有待調(diào)查的問題，我希望這將促使我們更深入地了解我們的細胞執(zhí)行正常功能的機制，以及在惡性腫瘤中它們發(fā)生改變的機制，”Sharp說。