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Science:重大突破!中美科学家联手挑战人们对基因表达的理解

来源:本站原创 2020-01-26 09:11

2020年1月26日讯/生物谷BIOON/---在一项新的研究中,来自中国科学院、同济大学、清华大学、南京医科大学和美国芝加哥大学的研究人员发现了一种以前不为人知的方式,使我们的基因表达成为现实。他们发现RNA本身可以调节DNA的转录方式,而不是遗传指令从DNA到RNA再到蛋白的单向流动。这一发现对我们理解人类疾病和药物设计具有重要意义。相关研究结果于2020年1月16日在线发表在Science期刊上,论文标题为“N6-methyladenosine of chromosome-associated regulatory RNA regulates chromatin state and transcription”。论文通讯作者为中国科学院北京基因组研究所的韩大力(Dali Han)博士、同济大学生命科学与技术学院的高亚威(Yawei Gao)博士和芝加哥大学的Chuan He博士。
DNA和RNA,图片来自Wikipedia。

He说,“这似乎是我们并不知道的一种基础途径。无论何时发生,它都有望开辟全新的研究和探究方向。”

人体是现存最复杂的结构之一。每次你在做挠鼻子之类的事情时,你所使用的结构设计比以往设计的任何火箭飞船或超级计算机都要复杂。我们花了几个世纪的时间来破解它是如何发挥作用的,每次有人发现一种新的机制,就会有更多关于人类健康的奥秘变得有意义,新的治疗方法也会出现。

比如,在2011年,He发现了一种称为可逆RNA甲基化的特定过程,从而开启了一种新的研究途径。这种可逆RNA甲基化过程在基因表达方式中起着至关重要的作用。

我们许多人都记得在学校学习到的知识是:DNA先转录到RNA,随后RNA产生在活细胞中发挥功能的蛋白。但是事实证明,它存在很多改进之处。

这些研究人员发现,之前认为仅是将来自DNA的指令传递给蛋白的信使RNA(mRNA)分子实际上对蛋白产生发挥了它们自己的影响。这是通过一种称为甲基化的可逆化学反应完成的。这项研究的关键突破是证实这种甲基化是可逆的。这不是一次性单向交易。它可以被擦除和逆转。

这一发现让人们进入了RNA修饰研究时代。这种RNA修饰研究在最近几年中得到了爆炸式发展。这就是基因表达受到如此重视的原因。它影响着一系列生物学过程,包括学习和记忆,昼夜节律,甚至干细胞是分化为血细胞还是分化为神经元之类的基础过程。

这些研究人员还鉴定并描述了许多识别甲基化mRNA并影响靶mRNA稳定性和翻译的“读取(reader)”蛋白。但是,当他们以小鼠为研究对象理解其中的作用机制时,他们开始观察到mRNA甲基化不能够完全解释他们观察到的一切。这一点也在其他实验中得到了反映。

这些研究人员发现一组称为染色体相关调控RNA(chromosome-associated regulatory RNA, carRNA)的RNA使用相同的RNA甲基化过程,但是它们并不编码蛋白,也不直接参与蛋白表达。但是,它们控制着DNA本身如何存储和转录。

这对基础生物学有重大影响。这直接影响基因转录,而且不仅仅是影响少数几个基因的转录。它可以诱导染色质全局性变化,并影响这些研究人员研究的细胞系中6000个基因的转录。

有几家生物技术公司正在积极开发RNA甲基化的小分子抑制剂,但是,即使现在,科学家们成功开发了这样的药物,他们也没有全面了解发生了什么。这项新的研究提供了巨大的机会来帮助指导疾病指征以测试抑制剂,并为药物开发提供新的机会。

这些研究人员认为这代表了一种观念上的转变。像这样的障碍很难突破,但一旦你真地突破了,一切都从那里开始。(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

1.Jun Liu et al. N6-methyladenosine of chromosome-associated regulatory RNA regulates chromatin state and transcription. Science, 2020, doi:10.1126/science.aay6018.

2.Surprise discovery shakes up our understanding of gene expression
https://phys.org/news/2020-01-discovery-gene.html
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