將RNA寫回DNA 看聚合酶如何“逆行” 相關論文近日刊登于《科學進展》

人們知道，細胞可以將DNA復制成一組新的DNA，然后進入一個新形成的細胞。其中，涉及一類被稱為聚合酶的細胞“機器”，它們也可以構建RNA信息，這些從DNA中心庫復制的信息可以被更有效地“解讀”為蛋白質。但聚合酶被認為只沿著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中心庫中。現在，研究人員首次證明RNA也可以被寫回DNA，這挑戰了生物學的核心法則。相關論文近日刊登于《科學進展》。

“這項工作為許多研究打開了大門，并有助于人們理解自身細胞中有一種將RNA信息轉化為DNA的機制。人類聚合酶可以高效完成這一任務，同時也產生了許多問題。”美國托馬斯杰斐遜大學生物化學和分子生物學副教授Richard Pomerantz說，這一發現表明，RNA信息可以用作修復或重寫DNA的模板。

Pomerantz團隊首先研究了一種不尋常的聚合酶，即聚合酶θ。在哺乳動物細胞的14種DNA聚合酶中，只有3種承擔了復制整個基因組為細胞分裂做準備的大部分工作。剩下的11種主要參與檢測和修復DNA鏈的斷裂或錯誤。

通常，聚合酶可以修復DNA，但會產生許多錯誤或突變。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——逆轉錄酶。例如，艾滋病病毒(HIV)逆轉錄酶與DNA聚合酶類似，但可以結合RNA并將RNA讀回DNA鏈。

于是，研究人員測試了聚合酶θ與HIV逆轉錄酶之間的關系，證明了聚合酶θ能夠將RNA信息轉化為DNA，并且效果媲美HIV逆轉錄酶。他們表示，聚合酶θ在使用RNA模板編寫新的DNA信息時，比在DNA中復制DNA時更高效，引入的錯誤也更少，表明這可能是它在細胞中的主要功能。

之后，該團隊與南加利福尼亞大學研究人員合作，使用X射線晶體學定義了聚合酶θ的結構，并發現這種分子能夠改變形狀，以適應更大的RNA分子，這一特性在聚合酶中是獨一無二的。

“我們的研究表明，聚合酶θ的主要功能是充當逆轉錄酶。”Pomerantz說，“在健康細胞中，它可能被用于RNA介導的DNA修復。在不健康的細胞中，如癌細胞，聚合酶θ被高度表達，促進了癌細胞生長和耐藥性。進一步了解聚合酶θ在RNA上的活性如何推動DNA修復和癌細胞增殖，令人興奮。”(唐一塵)