-
生物通官微
陪你抓住生命科技
跳动的脉搏
本期Cell封面文章破解RNA酶工作之谜
【字体: 大 中 小 】 时间:2006年06月20日 来源:生物通
编辑推荐:
生物通报道:在我们的细胞制造的成千上万种蛋白质中,只有极少数能够像RNA聚合酶这样重要。RNA聚合酶具有准确复制DNA遗传信息的独特能力。事实上,从细菌到人类的所有生物体都依赖RNA聚合酶启动复杂的蛋白质合成过程。尽管这种没在细胞生物学中的作用非常关键,但是至今人们RNA聚合酶到底如何工作这个基本问题仍然不清楚。
现在,斯坦福大学和威斯康星-麦迪逊大学的研究人员解开了这个谜团的一部分。他们的重要发现刊登在6月16日的Cell杂志上,并称为本期Cell的封面文章。
该研究组发现RNA聚合酶的一个分子导致DNA双螺旋上特定位点上的经常性暂停。这一发现是继该研究组2003年发现RNA聚合酶在进行从DNA到RNA的重要信息转录任务时会做数千个短暂的停顿。
从DNA到RNA,再到蛋白质
蛋白质的合成在所有生物中都是出奇地一致。转录是蛋白质合成的第一步,开始于RNA聚合酶解链DNA双螺旋的某个特定小区域。然后,这个没构建出DNA的一条新的互补RNA链。RNA聚合酶会继续沿着DNA运动知道整个基因序列被转录成编码RNA。然后这个RNA再充当构建蛋白质的一个模板。
纳米技术
为了观察工作中的RNA聚合酶,斯坦福的Block和同事利用了一种特别定做的光阱(optical trap)装置。这种非常灵敏的仪器通过捕捉DNA和RNA聚合酶的个体分子,从而使研究人员能够实时观察转录。
研究组的测量精确到了十分之一纳米,也就是一个单个氢原子的宽度。在这种尺度下观察RNA聚合酶,研究人员发现它沿着DNA运动一会,然后会停下来。该研究组已经确定出了一些暂停状态。他们发现每1000个碱基左右长度出现的比较长时间(30分钟左右)的停顿通常发生在这个酶出错时。然后,它倒退回来并纠正这个错误。没个长间断之间大约有10个只持续一秒的停顿,即大约每100个左右的碱基长度会发生一次短暂停顿。这些停顿的作用则是一个大谜团。
测序研究
为了找出这个问题的答案,Block实验室的研究生Kristina M. Herbert利用一种特殊的240个碱基对构成的序列创造出了实验性的DNA模板。这种碱基对序列能触发RNA聚合酶中的两种长停顿中的一种——与基因调节有关的返回式停顿或发夹停顿(在一个RNA链与自己结合时形成的发夹结构)。
Kristina让这种冷DNA模板具有重复8次的240个碱基对序列。当RNA聚合酶被附着到这种模板上时,正如预料的,它们在所有的返回和发夹停顿位点发生了暂停,但没有真正地返回或形成发夹。
研究人员还发现靠近一个特殊的停顿位置有一个G(鸟嘌呤),并且在另外一个临近的位置上则常常是一个T(腺嘌呤)或C(胞嘧啶C)。因此,这种停顿似乎具有序列依赖性。
一些科研人员认为所有的停顿可能都与发夹的形成或返回有关,但是Cell上的这项新研究则挑战了这种假设,因为大多数常见的停顿与返回或发夹并没有什么关系。这种多发性的停顿最常见并且可能是最重要的停顿模式,因此之前一些研究人员使用的模型是错误的。
此外,这项研究还提及了有关酶记忆的一个长期悬而未决的问题:如果一个酶在一个DNA位点停顿,那么它是否会在再次碰到同样的序列时改变它的行为。这项新研究证明RNA聚合酶可能具有各自的个性,而不是记忆。也就是说,它们表现出不同的行为——它们往往会停顿更多或更少,但是它们似乎并不会寄主之前停顿过的状态。(生物通记者杨遥)