我国原创性论文首次被《Cell》点评

　　

我国原创性论文首次被《Cell》点评

    据中国医药报讯 日前，国际顶尖学术期刊《细胞》（《Cell》）刊登了中科院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所陈正军等有关细胞极性蛋白Par3的配位特性和其与DNA损伤修复关系的论文摘要，并对其进行点评。这是我国科学杂志上发表的原创性论文首次在《Cell》上被点评。
    细胞极性蛋白Par3在调节细胞极性/紧密连接方面行使极为重要的功能，陈正军等的最新研究结果表明，Par3可以通过Ku蛋白分子与DNA依赖性蛋白激酶（DNA-PK）相互作用，从而行使以前未被发现的核内生物学功能。该研究显示，放射性同位素辐射可以增强Par3与DNA-PK的体内结合，并且这种结合对于经辐射后最大程度地诱导DNA-PK的激活是必需的；在对Par3进行RNA干扰时发现，细胞修复辐射损伤DNA的能力明显下降，细胞的存活率降低，并且细胞整合非同源性质粒的能力也显著减弱，这些表型都与对Ku进行RNA干扰时基本一致。
    以上研究发现了一种调节DNA-PK和非同源性DNA修复途径的新组分，首次揭示了细胞极性/紧密连接和DNA修复的两种重要生物学事件之间可能存在一种功能上的内在新联系。  

 

小分子RNA：生命活动“调控剂”  

  去年七月，《自然》《科学》这两个世界权威的科学杂志都连续发表了关于piRNA研究进展的文章。2006年12月22日出版的美国《科学》杂志将piRNA评为2006年十大科学进展之一。
　　自2000年RNA研究进展被Science杂志评为年度重大科技突破之后，2001年的RNAi，2002年的“SmallRNA&RNAi”，以及2003年的小核糖核酸都相继在重大科技成就上榜上有名。小分子RNA研究可谓风声水起。

　　那么，究竟什么是小分子RNA？新发现的piRNA的特性和功能是什么？对它的发现是否影响着生物学界的研究方向？

　　本报记者采访了中国医学科学院副院长、分子肿瘤生物学专家詹启敏，他将带我们走近小分子RNA的世界。

　　RNA是生物体内最重要的物质基础之一，它与DNA和蛋白质一起构成生命的框架。但长久以来，RNA分子一直被认为是小角色，即它从DNA那儿获得自己的顺序，然后将遗传信息转化成蛋白质。

　　———生物背景———小分子RNA一点不“小”

　　要解释什么是piRNA，首先要说一下小分子RNA家族，以及这个家族的特性。

　　基因“表达”决定了蛋白质的合成，最终决定了细胞是形成肺、肝、脑，还是其他组织。研究什么因素会激活基因表达、什么因素会抑制基因表达，对认识生命本身的生物过程至关重要，进而为医药、农业和其他领域的研究奠定基础。

　　而RNA是生物体内最重要的物质基础之一，它与DNA和蛋白质一起构成生命的框架。但长久以来，RNA分子一直被认为是小角色，即它从DNA那儿获得自己的顺序，然后将遗传信息转化成蛋白质。然而，一系列发现表明，这些小分子RNA事实上操纵着许多细胞功能。它可通过互补序列的结合反作用于DNA，从而关闭或调节基因的表达。甚至某些小分子RNA可以通过指导基因的开关来调控细胞的发育时钟。

　　研究人员开始认识到，小分子RNA的世界一点都不小。有人推测：小分子RNA可能代表一个新层次上的基因表达调控方式。

　　可让基因悄悄“沉默”

　　“其中，小分子RAN通常以RNA的形式参与生命活动的调控，包括细胞的生长、发育、基因转录和翻译，以及基因沉默等。”

　　说到基因沉默，詹启敏娓娓道来：“美国的科学家总是喜欢讲点故事，故事是这样的……”

　　紫红花的存在，是因为花中表达紫红色基因在起作用。有两个科学家想增加紫红色表达量，使花看起来可以更紫。但是放进去一段外源基因后，花不仅没有更紫红了，反而变成杂色或白色。

　　“为什么呢？科学家就开始寻找原因，结果发现这段外源性基因进去后让原有的基因‘沉默’掉了。”他说。

　　最后发现，细胞体内有一种小分子RNA，它能把一段带有表达信号的基因降解掉，就造成了基因沉默。

　　大部分piRNA，能在染色体上相同的位置找到。它们似乎是染色体上某类基因的分界线，这说明它们可能与染色体生物学有关。

　　———新的发现———

　　piRNA闪亮登场

　　在继miRNA、siRNA等小分子RNA被科学家发现之后，又一个小分子RNA家族成员———piRNA闪亮登场。两个课题组几乎同时发现piRNA。

　　这类小分子RNA的发现，最早是来自冷泉港实验室的格雷格·汉农研究小组和纽约洛克菲勒大学的托马斯研究小组，他们在小鼠精子细胞中发现piRNA的存在。而几乎在同时，来自波士顿的罗伯特·金斯顿和他的同事们也在大鼠的睾丸提取物中发现了piRNA。比起已发现的其他小分子RNA，30个核苷酸左右的piRNA要稍长。格雷格·汉农等发现piRNA大小约为29—30个核苷酸，而托马斯等人的结果稍有出入，在26—31个核苷酸左右。

　　通过对RNA染色，研究者们在其他哺乳动物的睾丸中也找到了潜在的这类piR鄄NA，包括人类、大鼠以及公牛。这些物种中的piRNA和小鼠的具有同样的特征，如起始端尿嘧啶强偏好性以及长度在30个核苷酸左右等。

　　“大部分小鼠的piRNA，能在人和老鼠染色体上相同的位置找到。它们似乎是染色体上某类基因的分界线，这说明它们可能与染色体生物学有关。”詹启敏分析说。

　　鉴于piRNA主要分布在包括人类等数种动物体睾丸的精原细胞内，科学家们推测这类小分子RNA功能可能与动物体精子的发育和维持相关。

　　———重大意义———可能与动物生殖有关

　　精子发生过程包括了很多蛋白以及mRNA翻译的动态调控，在这些过程中，piRNA可能起着重要作用。

　　piRNA和精子细胞特异的某种蛋白相互结合，通过调控转录或者抑制翻译，来调节减数分裂以及减数分裂后事件发生的时机。

　　“虽然piRNA的功能仍然需要研究阐明，但是生殖细胞中的piRNA富集现象表明，piRNA在配子形成的过程中起着重要作用。”詹启敏说。

　　鉴于PiRNA主要分布在包括人类等数种动物体睾丸的精原细胞内，科学家们推测这类小分子RNA功能可能与动物体精子的发育和维持相关。

　　———专家观点———将带来一股新研究浪潮

　　虽然现在预测piRNA在生物医学上的应用还为时过早，但正如发现者之一托马斯所说：“如果piRNA研究趋势与miRNA相似的话，这些从事piRNA未知领域研究的科学家们将会给生物界带来一股新的研究浪潮。”

　　我国的科学家和科技主管部门近年来一直很关注并积极参与小分子RNA的研究，在前几年的973重大项目战略布局中就重点支持该领域的研究。

　　此外，国家自然科学基金委员会生命科学部也在不同的项目层次鼓励和支持小分子RNA的研究。相信我国科学家能紧跟国际前沿，在小分子RNA研究这个前沿领域做出突出的贡献。

　　■新闻缘起

　　2006年年末，美国《科学》杂志公布当年度的十大科学进展。这是对全球科学研究的年终盘点，“共享科学”栏目将从十大科学进展中选取“化石中提取DNA”、“冰原正在不断消失”等作深入报道，让读者与我们一起共同关注科学发展前沿。

　　小分子RNA可鉴别胰腺癌

   据近期网络版《国际癌症杂志》上的一篇文章报告，一类小分子RNA可区分胰腺癌组织和正常或良性胰腺组织，也许将为胰腺癌的诊断和治疗提供新的线索。

　　在美国，胰腺癌导致的死亡人数在所有癌症中高居第四位。预计今年将会有33700美国人罹患胰腺癌，并且另外将有32300人死于该病。胰腺癌死亡率极高，新发病例数几乎等于死亡人数，这主要是因其难以早期诊断，而且治疗方法有限。

　　来自俄亥俄州立大学综合性肿瘤中心的癌症研究人员，检测比较了人类胰腺癌组织与周围的正常组织和对照组织中小分子RNA（miRNA）表达水平，发现在肿瘤组织中大约有100种不同的miRNA通常表达水平非常高，而它们在正常胰腺组织中的水平并不高。该结果提示miRNA作为一种标志或表达模式，将为研究胰腺癌的发生提供新的线索。它们可能会导致新的分子技术出现，使医生们能够更好的诊断和治疗胰腺癌。

　　俄亥俄州立大学综合性肿瘤中心研究员、药学系副教授ThomasD.Schmittgen与俄克拉荷马州大学医学中心外科主任RussellPostier，及其同事们合作完成了此项研究。他们检测比较了225种miRNA在患者胰腺肿瘤组织和邻近正常组织、正常胰腺组织样本以及9个胰腺癌细胞系中的表达水平。由于该方法是基于一种叫做实时PCR表达谱的技术，其敏感性高且只需要极少量的组织。

　　结果显示，很多miRNA在胰腺癌中的水平与同一患者良性组织或者正常胰腺组织中水平大不相同。大部分miRNA在胰腺癌中处于相当高的水平，这提示开发可以抑制它们的药物将可能为胰腺癌提供新的治疗方法。这也意味着基于miRNA表达水平的检查可能有助于胰腺癌的诊断。

　　

Science：X射线衍射技术确定核酶晶体结构 

     核酶（核酶，ribozyme）能够完成合成新RNA分子所需的基本反应，加州大学研究人员最近确立了核酶的三维结构，为探索生命起源过程中首个具有自我进化能力的分子提供了参考。

        当今所有生命形式中，DNA和RNA分子的合成是由蛋白酶完成的，而编码这些蛋白酶的指令又包含在DNA和RNA中，这种类似先有蛋还是先有鸡的过程，向生命起源理论提出了挑战。

        “谁先出现的呢，核酸还是蛋白？这个问题先前被看作是一个极难处理的矛盾，但随着核酶的发现，现在可以想象一个生命起源以前的‘RNA世界’，那里自我复制的酶执行两种功能，”UC  Santa  Cruz化学和生化副教授William  Scott说。

          Scott  与博士后研究员Michael  Robertson确立功能（将两个RNA亚基组合在一起）与RNA聚合酶相似的酶的结构。研究结果刊登于3月16日《Science》。

        “一种RNA依赖的RNA聚合酶核酶是整个RNA世界假说的基础，”  Robertson说，“有了它，就可以产生能够自我复制的RNA，某些拷贝中的突变或者错误会产生达尔文自然选择所强调的变异，并且该分子将进化为更大更好的核酶。这些是该结构如此迷人的原因。”

        Robertson和Scott所研究的这种核酶并非完全自我复制，但具有将两个RNA亚基键合起来的“连接酶”的功能。在德克萨斯大学生化学家Andrew  Ellington的实验室完成研究生论文时，Robertson通过一种试管演变实验得到了这种连接酶核酶。以随机合成的RNA分子的混合物为起始点，选择目的特征，研究人员能够从中得到RNA酶。在Ellington实验室，Robertson得到连接酶核酶（L1连接酶），并确定了功能部分和非关键部分。

        到加州大学  Santa  Cruz后，Robertson开始尝试制造核酶的晶体，以便利用X射线结晶学确定结构。使RNA分子结晶非常困难，通过摸索各种条件和更换这种核酶的形式，Robertson和Scott终于利用X射线结晶学，确立了该核酶的三维结构。

        该核酶有三个从中心发射出的茎干。发生连接反应的活性位点位于其中一个茎干上。结构图显示，分子的另一茎干的一部分折叠在连接位点之上，形成一个发生反应的口袋。一个镁离子结合在一个茎上，落在口袋里，在反应中发挥重要作用。这种结构提示这种人工选择的核糖体的反应机制与天然酶的相似。

        Robertson  说L1连接酶利用的过渡状态稳定性机制（transition-state  stabilization）和酸碱催化作用，似乎与天然核酶和蛋白酶所利用的相似。”

 

　　据sciencedaily网站2007年3月16日报道，美国加州大学圣克鲁兹分校的研究人员们测出了一种核糖核酸酶，即“核酶”的三维结构。核酶通过一个基础反应制造新核糖核酸分子。这一研究成果将帮助我们深入了解是数十亿年前出现的何种自我复制分子通过进化，促使生命的起源。

　　在当今已知的所有生命形态中，由蛋白质构成的酶扮演了合成脱氧核糖核酸和核糖核酸的角色。制造这些蛋白质的指令包含在由脱氧核糖核酸或者核糖核酸（核酸）构成的基因之中。此过程的循环对生命起源相关理论形成了挑战。

　　美国加州大学圣克鲁兹分校化学和生物化学副教授威廉.斯科特说，“核酸还是蛋白质首先出现呢？这一疑问曾今是一个非常棘手的问题，但是随着核酶的发现，现在我们可以想像一个生命起源前的‘核糖核酸世界’中自我复制的核酶完成了两项工作。”

　　斯科特和博士后研究员迈克尔.罗伯逊测出了一个核酶的结构，该核酶在核糖核酸聚合酶蛋白质在生物系统中进行的同类反应中将两种核糖核酸子组结合在一起。他们的研究发现刊登在3月16日《科学》杂志期刊上。

　　罗伯逊说，“一个依赖核糖核酸的核糖核酸聚合酶核酶是整个核糖核酸世界假设成立的基础。在此假设条件下，核糖核酸具备自我复制的能力；这些复制的突变或者错误导致了达尔文自然选择学说中阐述的生物多样性结果。分子进化成更大和更好的核酶。这就是使该结构如此生动有趣的原因。”

　　罗伯逊和斯科特测出的一个核酶结构尽管并不是一个完全自我复制的核糖核酸分子，但是它可以引发这一分子所必须的基本反应，即一个“连结酶”反应制造出两个核糖核酸子组的合体。

　　当罗伯逊还是一名德州大学奥斯汀分校安德鲁.埃林顿生物化学实验室的研究生时，他就通过一种试管进化方法获得了一个连结核酶。通过结合随意合成核糖核酸分子和选择具有期望分子特性的分子的方式，研究人员可以将最初状态的核糖核酸酶进行进化。在埃林顿实验，罗伯逊对连结核酶（称之为L1连结酶）进行了进化，并测出该酶那些部分对其功能至关重要，那些部分可能被转移用于制造一个“最小结构”。

　　在美国加州大学圣克鲁兹分校，罗伯逊开始着手培育核酶晶体，以便他能够利用X射线结晶学技术来测量其结构。晶体化核糖核酸分子是一项极端困难的工作。罗伯逊在不同条件下共试了数十种不同类型的核酶才获得实验成功。通过采用X射线结晶学技术（使用一束X射线穿透晶体，然后对衍射模式结果进行分析），罗伯逊和斯科特测出了核酶的三维结构。

　　核酶的中心发散出来三个茎。连结产生的活跃点就位于其中的一个茎上。该结构显示分子以这样一种方式交迭，即另外一个茎位于连结点之上，形成一个发应包。罗伯逊说，一个绑定在一个茎上，位于反应包之内的镁离子对反应起着非常重要的作用。

　　罗伯逊称，该结构显示利用反应机理进行人工选择核酶的方式非常类似于酶自然选择的方式。他说，“发现L1连结酶就是利用了类似于自然核酶和蛋白质酶存在的过渡状态稳定性和酸基催化作用的方法。

 
 
史丹佛大学确认RNAi技术可用于基因治疗  
 
 
　　据华文生技网2007年3月5日报道：三年前，史丹佛大学医学中心(Stanford University Medical Center)的Mark Kay博士发表了第一份利用RNAi技术作为基因治疗的报告，自此，Kay便利用RNAi基因治疗法，成功的抑制小鼠体内肝炎(hepatitis)及HIV病毒，避免病毒增生。

　　目前也有三个利用RNAi基因治疗的受试者正在进行试验，其中两人患有黄斑点退化症(Macular Degeneration，简称MD，是一种眼病,能导. 致中央视力的永久缺失)，一人为呼吸合胞体病毒肺炎(Respiratory syncytial virus，RSV pneumonia)。而过去研究团队已利用基因治疗法治疗病毒性肝炎有十年之久的经验。

　　RNAi是一种生物体内的现象，能造成特定基因无法表现。应用于基因治疗，RNAi能关闭造成疾病的基因，例如：癌症、黄斑点退化症或是造成糖尿病的基因等。当这些造成疾病的关键基因被关闭后，基因便无法被复制当然就不会再引起疾病。

　　早期的RNAi实验可能发生关错基因或引起免疫反应等问题，但近年来可以利用更精确、特定的RNA序列，以避免可能发生的毒性反应。Kay博士说：“利用RNAi作为基因治疗最大的优势在于这个机制是源自于体内，希望藉由人体试验证明RNAi基因治疗对人体是安全无虞的。”
 

　　
MicroRNA水平的干细胞开关被确定

 约翰霍普金斯大学Kimmel癌症中心的研究人员发现了一套能够使成体造血干细胞处于原始状态的“主控开关”。这些开关密码的破译可能使研究人员在将来能够培养用于癌症和其它骨髓疾病患者移植的新血细胞。这项研究的结果刊登在2月5日的《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。文章的通讯作者是Curt Civin博士。

研究人员不是在基因水平上定位出这种控制开关，而是在最近新发现的核酸水平的蛋白质生产形式上，即RNA水平。

MicroRNA分子曾经被认为是细胞的垃圾，但是现在已经知道它是关闭较大的RNA链的蛋白质装配。Civin博士解释说，干细胞能够制造对分化成血细胞至关重要的蛋白质，但是microRNA将它们封在了原地。

为了中止蛋白质的装配，microRNA与相配的全长RNA配对，然后折叠并扭曲，从而使这个较长的RNA报废。但是RNA的配对不是完美的，并且一个microRNA能够抓住几百个RNA链，从而高效控制数百个RNA。

研究人员一直在寻找确定出这些microRNA开关的方法，从而控制干细胞长成新的血细胞的时间。

为了确定出关键的microRNA，研究人员利用一种专门的计算机软件筛选了数千个RNA片断。筛选结果显示，一套由33种microRNA构成的核心开关能够与超过1200种较大的不同的RNA相配对，已经知道这些较大的RNA对干细胞的成熟非常重要。

目前，研究人员正在利用一种非增殖病毒将33个microRNA的遗传指令分别插入成体干细胞，从而检测这些配对预测数据是否正确。然后，他们将会在培养皿中培养这些细胞。第一个进行检测的是microRNA-155已经被证实能够终止干细胞发育成红血球和白血球。和期望的一样，没有microRNA-155的干细胞成熟了，而携带microRNA-155的干细胞则很少能成熟为红血球和白细胞。目前，Civin和他的研究组已经申请了这种microRNA技术专利。