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《科学》:DNA绕个圈转录转向

2012.9.28

  在玩具赛车轨道游戏里,出老千的玩家会扳动开关,让他们对手的车辆进入一个循环轨道,从而赢取比赛。细胞也会这一招――改变“轨道”布局,影响细胞功能,来自欧洲分子生物学实验室(EMBL)和牛津大学的科学家们发现通过形成或撤销基因环结构(gene loops),细胞能调控转录机器,控制它是沿着遗传物质的一个方向还是两个方向前进。

  “我们发现基因环可以将双向启动子变成单向系统,”领导这项研究的Lars Steinmetz说。

  三年前,Steinmetz实验室发现当转录机器定位在大部分基因启动子(标记转录开始位置的序列)上的时候,它不仅会沿着基因的方向移动,而且也会朝着相反的方向,DNA的另外一条“路”移动。而当时令他们感到有点惊讶的是,这种现象并不是无处不在的,一些基因似乎其启动子只能朝着一个方向。

  同一期间,英国牛津大学的Nicholas Proudfoot研究组则发现基因能弯曲成一个环,从而当转录机器到达基因末端的时候,就能回到开始的地方,重新转录,就像是一个被困的玩具车。 Proudfoot研究组的研究人员还发现,一个特定蛋白的失活就会导致这些基因环无法形成。

  转录机器是指具有RNA聚合酶活性,并能将模板基因序列转录为互补RNA链的连续动态转换的转录复合体。其主要成分包括RNA聚合酶等,2006年美国科学家Roger D.Kornberg就因此获得了诺贝尔化学奖。

  在最新这项研究中,Steinmetz, Proudfoot和其他同事分析了酵母细胞的整个基因组,发现带有单向启动子的基因无法形成环,这些启动子起始的转录过程就会变成双向,这种转录似乎不会被困在一个循环中,更多的是自由的向相反的方向移动,因此就会影响到其它基因。这样细胞通过形成或撤消基因环,不仅可以调控循环基因本身,而且还可以调整整个基因组中调控的分布。

  目前研究人员正在尝试探索这些环如何形成,以及何时形成的,比如说如何对一个细胞环境变化作出应对,解环会如何影响基因中短DNA序列的转录。 Steinmetz还有一个希望解答的问题:一个启动子激活两个基因的情况下会发生什么? “它们是在一个循环里吗?会发生什么变化呢?”。

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