将RNA写回DNA 看聚合酶如何“逆行”

原标题:将RNA写回DNA 看聚合酶如何“逆行”

DNA艺术图。图片来源:adimas stock.adobe.com

人们知道,细胞可以将DNA复制成一组新的DNA,然后进入一个新形成的细胞。其中,涉及一类被称为聚合酶的细胞“机器”,它们也可以构建RNA信息,这些从DNA中心库复制的信息可以被更有效地“解读”为蛋白质。但聚合酶被认为只沿着DNA到DNA或DNA到RNA的方向起作用,从而防止RNA信息被重写回DNA中心库中。现在,研究人员首次证明RNA也可以被写回DNA,这挑战了生物学的核心法则。相关论文近日刊登于《科学进展》。

“这项工作为许多研究打开了大门,并有助于人们理解自身细胞中有一种将RNA信息转化为DNA的机制。人类聚合酶可以高效完成这一任务,同时也产生了许多问题。”美国托马斯杰斐逊大学生物化学和分子生物学副教授Richard Pomerantz说,这一发现表明,RNA信息可以用作修复或重写DNA的模板。

Pomerantz团队首先研究了一种不寻常的聚合酶,即聚合酶θ。在哺乳动物细胞的14种DNA聚合酶中,只有3种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种主要参与检测和修复DNA链的断裂或错误。

通常,聚合酶可以修复DNA,但会产生许多错误或突变。研究人员注意到,聚合酶θ的一些“坏”特性是与另一类酶共享的,尽管后者在病毒中更常见——逆转录酶。例如,艾滋病病毒(HIV)逆转录酶与DNA聚合酶类似,但可以结合RNA并将RNA读回DNA链。

于是,研究人员测试了聚合酶θ与HIV逆转录酶之间的关系,证明了聚合酶θ能够将RNA信息转化为DNA,并且效果媲美HIV逆转录酶。他们表示,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,引入的错误也更少,表明这可能是它在细胞中的主要功能。

之后,该团队与南加利福尼亚大学研究人员合作,使用X射线晶体学定义了聚合酶θ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,这一特性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说,“在健康细胞中,它可能被用于RNA介导的DNA修复。在不健康的细胞中,如癌细胞,聚合酶θ被高度表达,促进了癌细胞生长和耐药性。进一步了解聚合酶θ在RNA上的活性如何推动DNA修复和癌细胞增殖,令人兴奋。”(唐一尘)

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