本期Cell封面文章破解RNA酶工作之谜

　　

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）

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