Science重磅成果:RNAi是细胞平衡的一种必要手段

2016-12-01 00:00 来源: 生物通
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在我们星球上99%以上的细胞都处于一种静息休眠的状态,随便抓起一把土,这其中就包含着数以千计的微生物,把其中任何一种放到培养基中几乎都不会生长。这些细胞具有新陈代谢活性,也就是说它们是活的,但是它们并不会分裂,而且它们保持在一种相对“安静”的状态,除非在特定的条件下刺激它们,才有可能重新进入细胞周期,开始分裂。

此外,事实上我们体内的一些最重要的细胞,如干细胞,适应性免疫细胞,和卵母细胞都是静止休眠的。而分裂的细胞虽然所占比例非常小,但是关注的焦点,因为它们带着我们进入下一代,而且当复制出现异常的时候,还会导致癌症发生,这些维持机体疾病功能的细胞变成了威胁生命的武器。

近期来自冷泉港实验室的Robert A. Martienssen研究组发现了静止细胞与活跃细胞的一个新奥秘,他们指出在细胞进行DNA复制,和DNA转录成RNA之间存在一种微妙的“战斗”。

“这是细胞本身的选择,我们的细胞随时都在进行这样的选择,”Martienssen说。

在这篇发表于Science杂志上的文章中,研究人员第一次发现大部分细胞在静息休眠状态下生存的一个必要条件,就是RNA干扰(RNA interference,RNAi)的表观作用机制。RNAi等表观遗传方式能在不改变序列遗传代码的情况下,诱导特殊基因在某时某地发生改变。

他们以简单的裂变酵母细胞作为模型,研究人员发现缺失RNAi的细胞无法进入,维持或者退出休眠状态,没有RNAi的酵母只能在分裂状态下生存。

这表明细胞休眠状态本身就需要RNAi,那么RNAi的具体作用是什么?

Martienssen实验室的Roche表示等人发现,当细胞退出细胞周期,离开生殖状态的时候,它需要重变成进入休眠状态。这种重编程部分由RNAi完成,即沉默基因,令一种无处不在的酶:RNA聚合酶从双螺旋上物理分离下来。

RNA聚合酶有多种形式,周期细胞中RNA聚合酶II的释放还能刺激细胞高度压缩异染色质区域,也就是染色体中心部分靠近着丝粒的附近。RNAi能沉默异染色质,细胞如果无法正常完成RNA干扰,那么异染色质通常会从沉默状态被激活。

Martienssen 说,“我们通过遗传学分析,发现RNAi不仅与RNA 聚合酶II相互作用,调控异染色质的形成,而且在休眠细胞中,RNAi还能诱导RNA聚合酶I的释放,转录过程中的另外一种酶,这能帮助休眠细胞维持静止状态。”

RNA聚合酶I的释放来自rDNA遗传物质区域,rDNA能编码帮助组织核小体的RNA,这种DNA具有高度重复性,基因组中有多个它的拷贝。RNAi从rDNA区域释放RNA聚合酶I,这样就能放置静止状态下过多异染色质的积累。

“这项研究也许解释了RNAi在干细胞中的关键作用,干细胞在大部分时间里都处于休眠状态。同时也解释了RNAi在癌细胞中的作用,因为有趣的是,癌症发生常常伴随着RNAi中的突变,”Martienssen说。