打破常規(guī)！發(fā)現(xiàn)*的DNA編輯功能

一種單細(xì)胞纖毛蟲物種以一種看似不可能的方式使用細(xì)胞轉(zhuǎn)錄復(fù)合體。在一項新的研究中，來自瑞士伯爾尼大學(xué)的研究人員詳細(xì)地描述了 “垃圾DNA”在遭受降解之前轉(zhuǎn)錄的機(jī)制。這種機(jī)制是非常巧妙的。

它聽起來像是一場設(shè)計競賽中的獲獎設(shè)計方案：當(dāng)小片段信息太短而不適合放入讀取設(shè)備中時，如何讀取這些小片段信息呢？將它們縫接在一起形成一條更長的鏈，然后將這條鏈閉合，從而產(chǎn)生一種便于使用的環(huán)。這種環(huán)甚至能夠被這種讀取設(shè)備重復(fù)地讀取。這就是一種被稱作第四雙小核草履蟲（Paramecium tetraurelia）的單細(xì)胞纖毛蟲物種如何將小切離DNA段（excised DNA segment）轉(zhuǎn)錄為具有調(diào)節(jié)功能的小RNA。

當(dāng)來自伯爾尼大學(xué)細(xì)胞生物學(xué)研究所的Mariusz Nowacki發(fā)現(xiàn)小RNA在清除來自草履蟲DNA的片段中發(fā)揮著調(diào)節(jié)的功能時，他和他的團(tuán)隊研究起了其中的分子機(jī)制：這些小RNA是怎么產(chǎn)生的？它們的確切功能是什么？他們很快發(fā)現(xiàn)在對DNA段的清除中似乎存在一種反饋循環(huán)。這些DNA段之前被認(rèn)為是沒有用處的。它們是從草履蟲基因組中切離出來的，隨后被降解掉。然而，在降解之前，它們起著小RNA模板的作用，它們所產(chǎn)生的小RNA接著有助切割出更多的這些DNA段。一旦啟動，這種金字塔式系統(tǒng)即通過產(chǎn)生小RNA自我強(qiáng)化。

讓不能夠轉(zhuǎn)錄的DNA段發(fā)生轉(zhuǎn)錄

盡管這種系統(tǒng)看似如此美麗和迷人，但是這些研究人員也遇到一個嚴(yán)重的問題：通常，細(xì)胞轉(zhuǎn)錄復(fù)合體需要更長的DNA段才能運(yùn)作，因此這些小切離DNA段（長度甚至不到30個堿基對）如何能夠起著模板的作用？如果針對這一點(diǎn)沒有一種很好的解釋，那么這整個理論看起來是非常難以置信的。Nowacki回憶道，“這是一種有趣的工作。”他們作出一種猜測：所有他們需要做的事情是證明這種猜測。“我們事實上并不是尋找未知的世界，這是因為我們很快有一種新的想法，隨后就是測試這種想法。”他們的猜測經(jīng)證實是正確的：草履蟲找出一種方法將小切離DNA段隨機(jī)地串聯(lián)在一起形成一條鏈，一旦這條鏈達(dá)到合適的長度（大約200個堿基對），就將它的末端連接在一起形成這些小切離DNA段的環(huán)形串聯(lián)體。這些環(huán)形串聯(lián)體經(jīng)轉(zhuǎn)錄后產(chǎn)生雙鏈RNA。所產(chǎn)生的雙聯(lián)RNA在Dicer樣蛋白的切割下產(chǎn)生一群具有調(diào)節(jié)功能的小RNA，而且這些小RNA與小切離DNA段在序列上準(zhǔn)確地匹配。

垃圾DNA或者不是垃圾DNA？

這一發(fā)現(xiàn)具有重要的分子生物學(xué)意義。人們的常規(guī)看法是被認(rèn)為是非編碼性“垃圾”的DNA對這種有機(jī)體沒有用處，在從有機(jī)體的基因組中切除后會很快地遭受降解。但是，事實上，它們是一類具有生物學(xué)重要性的小RNA的功能性模板。它們確實是分子生物學(xué)上的重大的新興領(lǐng)域之一：垃圾DNA是否真的是無價值的，這是因為越來越明顯的是：它們確實具有調(diào)節(jié)功能。Nowacki認(rèn)為在這項研究中，他的團(tuán)隊是能夠闡明這種切離的“垃圾DNA”的轉(zhuǎn)錄機(jī)制，這就進(jìn)一步證實它們應(yīng)當(dāng)改名了。

RNA與疾病---RNA生物學(xué)功能在疾病機(jī)制中的作用

Nowacki團(tuán)隊研究了一類長期被忽視的分子：RNA。它們在很多重要的過程中發(fā)揮至關(guān)重要的作用，而且比初始認(rèn)為的更加復(fù)雜。比如，在一個特定的細(xì)胞中，RNA決定了一個給定的基因在何種條件下激活或滅活。如果這種基因調(diào)節(jié)過程的任何一個部分發(fā)生故障或者不能夠平穩(wěn)運(yùn)行的話，那么它能夠?qū)е滦呐K病、癌癥、腦部疾病和代謝疾病。