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Your Good Partner in Biology Research

Nature子刊:基因解碼,遵循道路交通規則

日期:2013-08-02 10:24:08

遺傳密碼的轉錄是最基本的一個生命過程,其類似于道路交通,有交通堵塞、事故以及控制車流量的警察。來自Weizmann研究所的研究人員近期在《自然》(Nature Communications)雜志上報告了這一驚人的研究發現,有可能推動開發出新一代的治療各種疾病的藥物。

 

轉錄過程有一個步驟確實與車輛的移動相似:酶一路沿著基因的“軌道”而行,生成的分子隨后將會翻譯成各種蛋白質,參與細胞的生命活動。在新研究中,生物化學系Rivka Dikstein教授領導的研究小組發現,正如在一條道路上,車輛之間保持一段合理的距離,是安全到達目的地最可靠的方法,轉錄酶也是如此。

 

科學家們追蹤了編碼microRNAs微小調控分子的基因的轉錄過程。利用人類細胞,他們采用不同的轉錄速率開展了實驗:高速率轉錄時,酶是突然啟動;低速率轉錄時,酶則以更長的時間間隔逐個啟動。這些實驗生成了一個看似矛盾的結果:當轉錄酶突然啟動時,生成的microRNA數量下降;反之,以更長時間間隔啟動的酶,microRNA的生成效率更高。

 

原來,當酶突然啟動時,一個快速地跟在另一個之后,它們最終會導致交通堵塞:當第一個酶在“減速坡”(造成轉錄暫停的一個分子信號)上停頓時,跟隨的酶會撞到它,從基因上跌落。自然,這樣的“交通事故”減少了生成microRNA的量。與之相反,當酶逐個啟動時,它們保持一個安全距離:每個都有充足的時間在“減速坡”減慢速度,成功地生成microRNA分子。換句話說,較慢的速度釋放單個酶是一種生成microRNAs更有效的方法。

 

由于這些研究結果闡明了microRNAs的生成過程,它們有可能幫助設計出以這些分子為基礎的藥物。在上世紀90年代被人們發現,由于microRNAs能夠幫助控制基因表達,例如阻斷致癌基因的活性,它們極其有望在未來的治療中起作用。當需要在細胞核中最深層次操控一個分子過程時,這種能力尤其有用。

 

從更根本的意義上說,新研究幫助揭示了轉錄的調控機制。例如,研究顯示在炎癥中,機體受到病毒或細菌入侵的威脅時,抗炎microRNAs釋放暫停下來。這是因為炎癥提高了轉錄酶的啟動速度,造成了交通堵塞,減少了這些microRNA的生成。轉而,這種microRNA生成減少為炎癥“贏得了時間”,給予了它機會在microRNA終止愈合功能之前完成這一過程。

 

最后,該研究還幫助解釋了Dikstein實驗室早先的一個研究發現:在較長的基因中,轉錄酶往往以長時間間隔低速啟動?;蛟介L,它有分子“減速坡”造成交通堵塞,讓轉錄脫離正常進程的風險更高。因此,相比于快速突然啟動的酶,以越低的速率沿著這樣的基因前行的轉錄酶,就越是能有效地完成它們的工作。

 


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