将RNA写回DNA 看聚合酶如何“逆行”

科普新洲

吹响建设世界科技强国的号角

DNA艺术图。图片来源：adimas stock.adobe.com

人们知道，细胞可以将DNA复制成一组新的DNA，然后进入一个新形成的细胞。其中，涉及一类被称为聚合酶的细胞“机器”，它们也可以构建RNA信息，这些从DNA中心库复制的信息可以被更有效地“解读”为蛋白质。但聚合酶被认为只沿着DNA到DNA或DNA到RNA的方向起作用，从而防止RNA信息被重写回DNA中心库中。现在，研究人员首次证明RNA也可以被写回DNA，这挑战了生物学的核心法则。相关论文近日刊登于《科学进展》。

“这项工作为许多研究打开了大门，并有助于人们理解自身细胞中有一种将RNA信息转化为DNA的机制。人类聚合酶可以高效完成这一任务，同时也产生了许多问题。”美国托马斯杰斐逊大学生物化学和分子生物学副教授Richard Pomerantz说，这一发现表明，RNA信息可以用作修复或重写DNA的模板。

Pomerantz团队首先研究了一种不寻常的聚合酶，即聚合酶θ。在哺乳动物细胞的14种DNA聚合酶中，只有3种承担了复制整个基因组为细胞分裂做准备的大部分工作。剩下的11种主要参与检测和修复DNA链的断裂或错误。

通常，聚合酶可以修复DNA，但会产生许多错误或突变。研究人员注意到，聚合酶θ的一些“坏”特性是与另一类酶共享的，尽管后者在病毒中更常见——逆转录酶。例如，艾滋病病毒（HIV）逆转录酶与DNA聚合酶类似，但可以结合RNA并将RNA读回DNA链。

于是，研究人员测试了聚合酶θ与HIV逆转录酶之间的关系，证明了聚合酶θ能够将RNA信息转化为DNA，并且效果媲美HIV逆转录酶。他们表示，聚合酶θ在使用RNA模板编写新的DNA信息时，比在DNA中复制DNA时更高效，引入的错误也更少，表明这可能是它在细胞中的主要功能。

之后，该团队与南加利福尼亚大学研究人员合作，使用X射线晶体学定义了聚合酶θ的结构，并发现这种分子能够改变形状，以适应更大的RNA分子，这一特性在聚合酶中是独一无二的。

“我们的研究表明，聚合酶θ的主要功能是充当逆转录酶。”Pomerantz说，“在健康细胞中，它可能被用于RNA介导的DNA修复。在不健康的细胞中，如癌细胞，聚合酶θ被高度表达，促进了癌细胞生长和耐药性。进一步了解聚合酶θ在RNA上的活性如何推动DNA修复和癌细胞增殖，令人兴奋。”

END

出品 | 武汉市新洲区科学技术协会

编辑 | 小新

来源 | 中国科学报

【版权归“科普新洲”所有 转载请标明来源】