遗传信息从RNA流向DNA的同源驱动的方式

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Nature：RNA，修复损伤的模板

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7 Q4 t) N: i' ^0 K2014-09-04 1 来源：生物360 作者：koo
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+ ]2 J8 E: G, n* J9 {& }) Q) k能够准确地修复自发的错误、氧化或诱变剂导致的DNA损伤对于细胞生存至关重要。这种修复通常是利用完全相同或同源的完整DNA序列来实现。但科学家们现在证实，在一种常见芽殖酵母细胞内RNA可充当模板用来修复破坏性最大的DNA损伤——DNA双链断裂。9 y8 _2 B8 s5 ~% b. G7 P3 n! {
尽管较早的研究表明了将RNA寡核苷酸导入到细胞中可帮助修复DNA断裂，新研究第一次证实了可利用细胞自身的RNA来实现DNA重组和修复。这一研究发现有助于更好地了解细胞维持基因组稳定性的机制，如果将这一现象延伸至人类细胞，有可能促成针对遗传疾病的新的治疗或干预策略。4 Q# c- ]; U! T+ N% T
这项研究得到了美国国家科学基金会、国立卫生研究所和乔治亚科学联盟（Georgia Research Alliance）的支持。研究结果发表在9月3日的《自然》（Nature）杂志上。7 t7 K# P: R* P, J9 O
论文的资深作者、乔治亚理工学院生物学院副教授Francesca Storici说：“我们证实了遗传信息可以一种同源驱动的方式从RNA流向DNA，从细胞的RNA流向同源的DNA序列。这一过程是在与遗传信息通常流动相反的方向上移动它。我们证实了，当内源性的RNA分子能够经退火与断裂的同源DNA结合而不被移除时，RNA就可以修复受损的DNA。这一研究发现揭示了一种新的遗传重组机制。“
# k, d; I6 H4 k; Z2 a7 E( S0 K大多数新转录的RNA都会从细胞核快速进入到细胞质，在基因编码和表达以及细胞运作调控中发挥许多重要的作用。通常情况下，RNA远离核DNA。事实上，众所周知RNA退火后与互补染色体DNA结合对于细胞是危险的，因为它会损害转录延伸和DNA复制，促进基因组不稳定。& p0 `. O4 i0 R: x8 m
这项新研究揭示出在基因毒应激状态下，例如DNA断裂，RNA与互补DNA配对的作用有可能不同，对细胞是有益的。“我们发现了转录RNA经退火与互补断裂DNA结合，充当模板实现重组和DNA修复，由此在改变和稳定基因组中起作用的一个机制，”Storici说。, X, T7 P7 q- r" r
细胞内外的各种原因都可导致DNA损伤。由于DNA是由两条互补链构成，一条DNA链通常用来修复另一条DNA链的损伤。但如果细胞遭受了双链DNA断裂，修复选项则更为受限。简单地重新连接断裂端具有很高的风险生成有害突变或染色体重排，可导致包括癌症在内的不良效应。不能进行成功地修复，细胞有可能会死亡或是无法执行一些重要的功能。
- F) k6 b7 E- r8 e+ f0 p) s% n% }0 }在2007年初，Storici研究小组证实将合成RNA导入到细胞中（包括人类细胞）可以修复DNA损伤，但这一过程是低效的，且研究人员对于这一过程可否自然地发生存在一些质疑。% p0 E) T% S/ q9 Z- c; S6 R2 r
为了弄清楚细胞是否利用了内源性的RNA转录物来修复DNA损伤，她和研究生Havva Keskin（第一作者）、Ying Shen（第二作者）利用酿酒酵母设计了一些实验。研究人员开发了一种策略在芽殖酵母中区分内源性RNA介和通常的DNA机制导的修复。他们随后诱导酵母基因组发生了DNA双链断裂，观察了这一生物是否能利用细胞中仅有的转录RNA来修复损伤，从而生存下来并生长。- ^8 z0 C- x' c0 K5 q+ L0 A
Keskin说，研究人员构建出了生成转录物的DNA区域，包含的一个标记基因中具有一个内含子。在移除内含子后，转录RNA序列中没有内含子，而生成转录物的DNA区域中则保有这一内含子；因此它们是有差别的。他们发现，只有以缺乏内含子的转录物作为修复模板可以让诱导DNA双链断裂的同源标记基因恢复功能。
8 K9 ]# u& n  T+ C研究人员对培养皿中的酵母菌落数进行了计数，证实內源RNA导致了修复。他们针对两种断裂形式进行了测试，一种是生成这一RNA转录物的DNA，另一种是来自DNA不同位点的同源序列。+ R% c. d! z& J( {" G7 ^; X
研究人员发现RNA近似断裂DNA可以提高修复效率，修复是通过一种同源重组过程来实现。Storici认为这种修复机制有可能在除酵母以外的细胞中起作用，有许多类型的RNA可被利用。$ l5 i5 M4 Y2 M/ ^* z, b0 A
“我们证实遗传信息从RNA流向DNA并不仅限于反转录因子和端粒，还发生在通用的细胞转录物身上，使得它成为了一种比预期更为普遍的现象。有可能，细胞中所有的RNA都具有这种功能。”& o. Y' ~! G; N2 \! A0 \) q9 z
在未来，Storici希望能够更多地了解这一机制，包括什么对它进行了调控。她还想知道这一机制是否发生于人类细胞之中。如果确是如此，有可能对于治疗或预防遗传损伤引起的一些疾病具有重要意义。# ~: v, g- x1 F9 @: i
Storici 说：“在它们的生命周期里，细胞合成了很多的RNA转录物；因此，RNA有可能对于基因组稳定性和可塑性造成了意想不到的影响。我们需要了解在什么情况下细胞或激活RNA-DNA重组。更好地了解这一分子过程，还有可能帮助我们操控一些机制，使得我们能够治疗或预防一种疾病。”/ N4 @' h2 n) j5 I* U1 t
原文检索：& h: w( h  M2 P
Havva Keskin, Ying Shen, Fei Huang, Mikir Patel, Taehwan Yang, Katie Ashley, Alexander V. Mazin & Francesca Storici. Transcript-RNA-templated DNA recombination and repair. Nature, 3 September 2014; doi:10.1038/nature136826 n5 Z; Y# ]2 ^
原文出处：http://1/news/show/11472.html