人們知道，細(xì)胞可以將DNA復(fù)制成一組新的DNA，然后進(jìn)入一個(gè)新形成的細(xì)胞。其中，涉及一類被稱為聚合酶的細(xì)胞“機(jī)器”，它們也可以構(gòu)建RNA信息，這些從DNA中心庫(kù)復(fù)制的信息可以被更有效地“解讀”為蛋白質(zhì)。但聚合酶被認(rèn)為只沿著DNA到DNA或DNA到RNA的方向起作用，從而防止RNA信息被重寫回DNA中心庫(kù)中。現(xiàn)在，研究人員首次證明RNA也可以被寫回DNA，這挑戰(zhàn)了生物學(xué)的核心法則。相關(guān)論文近日刊登于《科學(xué)進(jìn)展》。

“這項(xiàng)工作為許多研究打開了大門，并有助于人們理解自身細(xì)胞中有一種將RNA信息轉(zhuǎn)化為DNA的機(jī)制。人類聚合酶可以高效完成這一任務(wù)，同時(shí)也產(chǎn)生了許多問題。”美國(guó)托馬斯杰斐遜大學(xué)生物化學(xué)和分子生物學(xué)副教授Richard Pomerantz說，這一發(fā)現(xiàn)表明，RNA信息可以用作修復(fù)或重寫DNA的模板。

Pomerantz團(tuán)隊(duì)首先研究了一種不尋常的聚合酶，即聚合酶θ。在哺乳動(dòng)物細(xì)胞的14種DNA聚合酶中，只有3種承擔(dān)了復(fù)制整個(gè)基因組為細(xì)胞分裂做準(zhǔn)備的大部分工作。剩下的11種主要參與檢測(cè)和修復(fù)DNA鏈的斷裂或錯(cuò)誤。

通常，聚合酶可以修復(fù)DNA，但會(huì)產(chǎn)生許多錯(cuò)誤或突變。研究人員注意到，聚合酶θ的一些“壞”特性是與另一類酶共享的，盡管后者在病毒中更常見——逆轉(zhuǎn)錄酶。例如，艾滋病病毒(HIV)逆轉(zhuǎn)錄酶與DNA聚合酶類似，但可以結(jié)合RNA并將RNA讀回DNA鏈。

于是，研究人員測(cè)試了聚合酶θ與HIV逆轉(zhuǎn)錄酶之間的關(guān)系，證明了聚合酶θ能夠?qū)NA信息轉(zhuǎn)化為DNA，并且效果媲美HIV逆轉(zhuǎn)錄酶。他們表示，聚合酶θ在使用RNA模板編寫新的DNA信息時(shí)，比在DNA中復(fù)制DNA時(shí)更高效，引入的錯(cuò)誤也更少，表明這可能是它在細(xì)胞中的主要功能。

之后，該團(tuán)隊(duì)與南加利福尼亞大學(xué)研究人員合作，使用X射線晶體學(xué)定義了聚合酶θ的結(jié)構(gòu)，并發(fā)現(xiàn)這種分子能夠改變形狀，以適應(yīng)更大的RNA分子，這一特性在聚合酶中是獨(dú)一無二的。

“我們的研究表明，聚合酶θ的主要功能是充當(dāng)逆轉(zhuǎn)錄酶。”Pomerantz說，“在健康細(xì)胞中，它可能被用于RNA介導(dǎo)的DNA修復(fù)。在不健康的細(xì)胞中，如癌細(xì)胞，聚合酶θ被高度表達(dá)，促進(jìn)了癌細(xì)胞生長(zhǎng)和耐藥性。進(jìn)一步了解聚合酶θ在RNA上的活性如何推動(dòng)DNA修復(fù)和癌細(xì)胞增殖，令人興奮。”(唐一塵)