Cell:護衛基因組的分子“超人”
日期:2014-10-20 13:12:03
有多少次我們曾看到過超人從天空俯沖下來,挽救可能的受害者遠離快速迎面而來的火車?
這是一個在電影中上演了數百次的熟悉場景。而這一戲劇性的一幕也在現實生活每一次細胞分裂中重演。為了實現細胞分裂,我們的遺傳物質必須借助于高度復雜的機器被忠實地復制。
問題是,我們的DNA經常在使用之中,其他一些分子機器在DNA鏈上不斷地拉扯以取得對關鍵基因的訪問權限。在這一稱作為轉錄的過程中,我們的DNA堿基被拷貝成將指導蛋白質形成的模板。這兩種復制機器不能夠同時占據同一遺傳軌道。它們將不可避免地發生碰撞,除非有分子超人可以移除轉錄機器,挽救局面。
來自冷泉港實驗室(CSHL)的科學家們發現,這一分子超人以Dicer蛋白形式存在。對于Dicer,人們更為熟悉的是它通過RNA干擾(RNAi)過程在選擇性沉默基因中起作用?,F在,研究人員發現Dicer幫助了轉錄機器脫離DNA使得復制得以發生。
由CSHL教授、霍華德休斯醫學研究所研究員Robert Martienssen領導的這一研究小組推斷,在酵母中Dicer從前未知的這一功能對于維持基因組的完整性至關重要。他們指出,復制和轉錄機器發生碰撞會導致整個基因組發生巨大的改變,這些改變與衰老和癌癥一類的疾病相關。
以往Martienssen和同事們發現,RNAi可以解決基因組一些隔離區(在那里一些基因被沉默)中轉錄和DNA復制之間的沖突。“當Dicer突變時,復制停頓,這一區域中的DNA受損。過去我們認為Dicer只在RNAi中發揮功能,這是這一蛋白的一種全新作用。”
在發表于10月16日《細胞》(Cell)雜志上的論文中,Martienssen和他的研究小組探討了Dicer是否有可能在整個基因組發揮更廣泛的功能。該研究小組發現,Dicer參與了整個基因組轉錄機器的釋放。博士后研究人員任杰(Jie Ren,音譯)說:“Dicer的功能不僅限于沉默基因。”事實上,它在成百上千極其活躍的基因處控制了轉錄機器的釋放。
“有一些基因常為細胞所用,由于它們是基本生存所必需,我們將其中的許多稱作為‘管家’基因,”Castel說。在任何特定的時間,都可以在這些基因附近找到轉錄機器。沒有Dicer的幫助,當發生復制時這一機器會幾乎必然走向碰撞。
這些碰撞對于細胞而言真的是災難性的么?該研究小組發現,隨著每次細胞分裂一些事故會導致大塊的DNA片段丟失。任杰說:“這些被稱作為基因組不穩定性的染色體重排與衰老和癌癥相關。”其他的研究小組證實,Dicer突變同樣與腫瘤形成風險增高相關。該研究小組的發現或可幫助解釋這些觀察結果。Martienssen說:“有可能Dicer在癌癥中的作用就是通過阻止轉錄和復制沖突而保護基因組。”
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