新發現表明人類細胞可將RNA序列寫回DNA

據外媒報道，細胞中含有一種機制，它能將DNA複製成一組新的DNA然後再進入一個新形成的細胞。這類被稱為聚合酶的機器也可以構建RNA信息，這些信息就像從食譜中心DNA庫複製的筆記，因此它們可以被更有效地解讀為蛋白質。但聚合酶被認為只在DNA到DNA或RNA的一個方向上起作用。

這可以防止RNA信息被重寫回基因組DNA的主配方書中。現在，來自托馬斯傑斐遜大學的研究人員提供了證明RNA片段可以被寫回DNA的首個證據，這可能挑戰生物學的核心教條並可能對生物學的許多領域產生廣泛影響。

托馬斯傑斐遜大學生物化學和分子生物學副教授Richard Pomerantz博士指出：“這項工作為許多其他研究打開了大門，這些研究將幫助我們理解在我們自己的細胞中有一種將RNA信息轉化為DNA的機制的重要性。人類聚合酶可以高效完成這一任務，這一事實提出了許多問題。”如這一發現表明，RNA信息可以用作修復或重寫基因組DNA的模板。

這項研究發表在2021年6月11日的《Science Advances》上。

據悉，Pomerantz的團隊首先研究了一種非常不尋常的聚合酶，即聚合酶θ。在哺乳動物細胞中的14種DNA聚合酶中，只有3種酶承擔了複製整個基因組為細胞分裂做準備的大部分工作。剩下的11個主要參與檢測和修復DNA鏈的斷裂或錯誤。聚合酶可以修復DNA，但非常容易出錯、會產生許多錯誤或突變。因此，研究人員注意到，聚合酶的一些“壞”特性是它跟另一種細胞機器共享的，儘管在病毒中更常見的是逆轉錄酶。和Pol θ一樣，HIV逆轉錄酶作為DNA聚合酶，與此同時也可以結合RNA並將RNA讀回DNA鏈。

在一系列實驗中，研究人員測試了聚合酶θ跟來自艾滋病病毒的逆轉錄酶之間的關係，這是同類研究中研究得最好的之一。他們證明了聚合酶θ能將RNA信息轉化為DNA，這一點跟HIV逆轉錄酶一樣好，並且它實際上比DNA複製到DNA還要做得更好。聚合酶θ在使用RNA模板編寫新的DNA信息時比在DNA中複製DNA時更高效、引入的錯誤更少，這表明這種功能可能是它在細胞中的主要目的。

該團隊跟南加州大學的Xiaojiang S. Chen博士的實驗室合作，他們使用X射線晶體學來定義這種分子的結構並發現這種分子能夠改變形狀從而適應更大的RNA分子--這在聚合酶中是獨一無二的。

“我們的研究表明，聚合酶的主要功能是充當逆轉錄酶，”Pomerantz博士説道，“在健康細胞中，這種分子的目的可能是用於RNA介導的DNA修復。在不健康的細胞中如癌細胞，聚合酶高度表達、促進癌細胞生長和耐藥性。進一步瞭解聚合酶在RNA上的活性如何有助於DNA修復和癌細胞增殖將是一件令人興奮的事情。”