Cell：RNA機器如何越過基因組障礙

　　曾幾何時，科學家們認為，RNA聚合酶——通過將DNA轉錄成RNA開啟蛋白質合成的分子，就像一個發條玩具那樣工作：它置于我們DNA中的一個起始位點上，一直穩步急速運作，抽出一個RNA拷貝，直到它到達停靠位置。延伸閱讀：單細胞RNA-seq實現細胞空間定位。

　　最近，科學家們意識到，他們沒有給予RNA聚合酶足夠的認識。哈佛大學醫學院遺傳學助理教授Stirling Churchman博士說：“它更像是一輛高性能的跑車。它必須加速，但也要減慢并應對前進道路上的障礙。”

　　現在，Churchman及其同事的一項最新研究，使得科學家可以在高分辨率上探究“RNA聚合酶如何越過人類細胞中的這一障礙物”。

　　在2011年，Churchman曾共同開發了一種RNA測量工具，稱為NET-seq，并用它將酵母中的基因轉錄精簡到單個核苷酸（DNA“字母”）。在本周《Cell》雜志發表的一項研究中，Churchman及其研究小組采用NET-seq在人類細胞進行了同樣的研究，從而有了一些新的發現。

　　基因轉錄驅動著我們細胞中幾乎每一個過程，但關于“它是如何工作的”科學家們仍然還有很多細節不清楚。對其中的細節有更好理解，將提高我們對正常和異常生物學的認識，從細胞分化到癌癥。

　　首先，Churchman發現證據表明，在我們細胞中RNA聚合酶確實能急劇地改變速度。其他研究人員曾經懷疑這一點，但只能夠在細胞外簡化的、改進的體系中進行研究。

　　例如，Churchman和她的研究團隊發現，RNA聚合酶在到達特定的障礙（被稱為轉錄因子——幫助RNA聚合酶起作用的蛋白質）之前，會慢下來。

　　本文共同第一作者Di Iulio發現，當RNA聚合酶遇到一種DNA——后來成為最終蛋白質的一部分，速度會放緩。（RNA復制在轉錄過程中產生的許多部分被切掉，剩余少量在蛋白質制成之前重新拼湊在一起）。Churchman說，在這之前沒有人觀察到過。

　　Churchman說：“在某種程度上DNA上被檢測到的RNA聚合酶將被保留下來。我們看到的這一暫停特征模式，就像這些DNA片段之前和之后的減速帶。我們還不知道為什么它們在那里，或者是什么導致它們在那里。”

　　Churchman用分辨率較低的工具一直不能觀察到減速帶，因為它們發生的非常急速，在十個核苷酸內強化和急降。

　　第三，Churchman的研究推案對看到了收斂轉錄的證據，在這種情況下，再一個RNA聚合酶 “跑車”開始沿著基因，并朝著開始的方向驅使，可能會導致兩個聚合酶迎頭碰撞。

　　其他研究人員已經在基因組的特定部位看到過這一現象。Churchman研究小組的工作表明，該過程發生在多達25%的基因中。

　　Churchman也確定，收斂轉錄通常發生在較少表達的基因中。她說，總之，這些研究發現了很多東西。“這不僅僅是決定打開或關閉一個基因；在RNA生成過程中還有其他控制閥。最終，它強調了我們當前對‘轉錄如何發生’看法的簡單性。”

　　她指出，該研究只觸及到“NET-seq可以幫助Churchman和其他人從基因轉錄中了解到什么”這個問題的表面。但是滴水會匯成河，每個小進步都會有幫助。

　　她表示：“任何時候，我們了解到的基因調控的新方法，都有可能告訴我們如何設計治療方案，以及如何能夠逆轉疾病狀態。”