科学家发现利用DNA两条链合成的蛋白质

　　

【生物通编译】

最新的研究成果将迫使遗传学家们重新思考基因信息转变为蛋白质的过程。到目前为止，分子生物学家们都一直认为基因的转录仅仅使用双螺旋DNA的一条链，但是约翰霍普金斯大学的研究者们发现了一个能够推翻这条规则的基因。科学家们已经发现了一个果蝇基因，可以使用DNA两条链编码蛋白质。

著名的RNA剪接专家，麻省理工的生物学教授Phil Sharp介绍说：“转录自DNA重叠的两条链的RNA的反式剪接，以前从未被描述过，而且相当令人惊奇。”

今天，他对BioMedNet News说：“如果这个过程在细胞中是基因所普遍采用的，甚至以某种低频率使用，它都会进一步使基因的定义复杂化，而且会使得不可能从基因组序列估计出基因的数目。”他指出：“如果反式剪接普遍存在的话，那么最近从人类基因组序列估计出的35000个人类基因将仅仅是一种猜测。”

如果你随便拿起任何一本生物学课本，翻到蛋白合成那一章，将会学到蛋白质的合成是如何从一个DNA模板的转录为信使RNA开始的。在学生的标准用书《细胞的分子生物学》上写到：“理论上说，DNA双螺旋的任何区域可以被复制为两个不同的RNA分子——各自来自两条DNA链中的一条。而实际上，只有一条DNA链被用来作为每个区域的模板。”

但是现在教科书将要被重写。约翰霍普金斯大学生物学系系主任，将要发表一个果蝇基因编码的一个蛋白，mdg4（mod(mdg4)）的修饰子，依赖于两条DNA链产生的RNA的研究结果的作者之一，Victor Corces非常犹豫地同意将“肯定会重写那个句子。”

Corces说他最初是对细胞核和染色质结构中的蛋白质的组织感兴趣的。染色质是蛋白和构成染色体的DNA组成的混合物。mod(mdg4)基因，编码一个在染色质结构中起作用的蛋白质。而当Corces注意到该基因的一个出乎意料的特征后，结束了对其转录的研究。

他的研究组鉴定到两种突变，当两个拷贝的mod(mdg4)基因都发生同样的突变时，对果蝇是致死性的。但是这种情况只有当同样的突变发生在两个拷贝的基因上时会出现。当他们使该基因的一个拷贝发生一种致死性突变，而另一个拷贝发生另一种突变，仍然可以合成这种蛋白。Corces说：“最初我们不能理解我们所看到的现象，并且认为是实验中出了错。”

mod(mdg4)基因的长为2.2kb的mRNA转录本包括六个外显子（DNA序列上编码mRNA的部分）。Corces的研究发表在最新一期Nature上，揭示了从外显子I到IV都是从一条DNA链转录出来的，而外显子V和VI则转录自互补链。

Corces提出了三个可能的机制：一种是RNA多聚酶从一条链跳到另一条链上；第二种是一条链的部分序列以某种形式在另一条链上终止；第三种是两条DNA链都被阅读，而且产生的两个mRNA分子之后被剪接到了一起。

Corces说：“我们没有在已有的文献中发现前两种可能的任何例子，但是发现了少数文献提到了第三种可能。”

研究者们发现他们最初加到mod(mdg4)上的两种突变发生在DNA分子两条不同的链上。他们得出结论认为，该基因的各拷贝各自构成了制造蛋白质的“指令”的不同部分，而且这些部分然后拼接在一起以制造出正确形式的蛋白质。这个过程被称为反式剪接。

尽管Sharp不相信反式剪接将证明是一种普遍使用的形式，但是他说Corces的研究报告强烈地暗示了这种形式在关键基因的表达上是重要。他指出，来自重叠DNA链的两个RNA分子的反式剪接，提出了这样一个问题：RNA的转录是如何进行协调的。“除非这种反式剪接的前体之一在独立表达时发挥某种重要的功能，否则为什么该基因被组织为这种复杂的形式呢？”

他说：“我希望我们将来可以找到很多反式剪接的例子，大自然很少放弃利用信息的结合来产生新功能的机会。”

Corces和他的同事们总结说，这项研究揭示了“一个令人吃惊的现象，提出了有基因组复杂度和进化的新问题。”他们下一步的研究将是进行物种种类发生研究，以证实进化过程造成了mod(mdg4)基因组结构的形成。

Corces说他将不再进行反式剪接机制方面的研究。他说：“我们将进行进化上的研究，我确信这种剪接方式也发生在人类和植物中，而且我肯定这种方式经常发生。”

——摘译自2月22日

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