PNAS驚人發現:基因轉錄成雙對
日期:2013-02-05 09:21:56
DNA轉錄是指根據DNA模板生成信使RNA用于蛋白質合成的過程?,F在Whitehead研究所的科學家發現,編碼蛋白的DNA在開始轉錄時會同時啟動一個逆向轉錄程序,生成相應的長非編碼RNA(lncRNA)。而且,在干細胞分化為其他類型細胞的過程中,成對mRNA 和lncRNA的轉錄是相協調的。這一發現有助于人們重新理解基因的組織形式及其調控。
“基因成對出現,讓我們非常驚訝,” Whitehead研究所的Richard Young說,他也是麻省理工MIT的生物學教授?!叭祟惛杉毎s兩萬個活躍的蛋白編碼基因中,每一個mRNA基因的上游都存在一個與之一同轉錄的lncRNA基因。我們投入了那么多精力來研究蛋白編碼基因,但卻從未注意到這一點,蛋白編碼基因(即mRNA基因)與lncRNA基因是成對的。一旦你激活mRNA基因,也就激活了lncRNA基因。”這項研究發表在本周的美國國家科學院院刊PNAS雜志上。
迄今為止,人們一直認為轉錄機器在啟動子與DNA結合后,就沿著DNA鏈朝一個方向移動,依據蛋白編碼基因生成mRNA。其他不作為蛋白模板的RNA在調控基因表達、發育和疾病中有重要作用,盡管這些RNA(包括lncRNA)也是通過轉錄生成的,但科學家們并不了解lncRNA轉錄的起始機制,也清楚大部分lncRNA基因在基因組中的定位。長非編碼RNA是指長度超過三百個核苷酸的RNA分子,其上沒有任何編碼蛋白的閱讀框。
通過研究人類和小鼠的胚胎干細胞,研究人員獲得了驚人的發現。研究顯示,絕大多數lncRNA基因與mRNA基因相鄰,其中大部分lncRNA(65%)的轉錄起始點就在相應mRNA基因的活性啟動子上,lncRNA的轉錄在此處向“上游”反向運行。
研究人員指出,當轉錄機器結合到啟動子上時,一邊向“下”啟動mRNA轉錄,一邊向“上”啟動相鄰的lncRNA轉錄。他們還發現,隨著胚胎干細胞開始分化為其他類型細胞,成對mRNA/lncRNA受到的調控是一致的,同時上調或下調。這進一步證明了mRNA和lncRNA轉錄之間的關聯。
“我認為這是一大突破,”文章的共同作者,Young實驗室的博后Alla Sigova說?!斑@項研究為mRNA和lncRNA合成提供了一個統一規則,為研究疾病中的lncRNA誤調節帶來了新的啟示。舉例來說,在癌癥中一些mRNA被上調或下調,那么其配對的lncRNA也可能受到了與癌癥有關的影響。”
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