如果你想象一個細(xì)胞作為一個房子，蛋白質(zhì)生產(chǎn)可以是一個相當(dāng)相關(guān)的工程壯舉。主藍(lán)圖(DNA)包含有關(guān)內(nèi)容的所有信息。如果您只想構(gòu)建一個門(蛋白質(zhì))，您只需要藍(lán)圖的特定部分(信使RNA或mRNA)的副本。然而，在細(xì)胞中，原始mRNA拷貝含有與最終蛋白質(zhì)無關(guān)的額外物質(zhì)。為了去除這些多余的塊，細(xì)胞使用稱為剪接的過程，其中原始mRNA被切割并以替代方式縫合在一起以產(chǎn)生蛋白質(zhì)的確定藍(lán)圖。

剪接是一種重要的生物學(xué)機(jī)制 - 至少15%的人類疾病，包括一些癌癥和神經(jīng)退行性疾病，都涉及剪接錯誤。選擇性剪接還顯著增加了單個基因可以編碼的蛋白質(zhì)的數(shù)量，并且被認(rèn)為解釋了為什么例如人類比蠕蟲更復(fù)雜，即使我們共享大致相似數(shù)量的基因。

現(xiàn)在，芝加哥大學(xué)的科學(xué)家們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)兩種酶在確保剪接過程中的質(zhì)量控制方面起著關(guān)鍵作用。在2月25日發(fā)表于Cell的一項研究中，他們發(fā)現(xiàn)這些分子最有可能對RNA施加物理張力，以防止錯誤的部位被切割。此操作不僅可以防止拼接錯誤，還可以選擇可選的拼接網(wǎng)站。

芝加哥大學(xué)分子遺傳學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)教授，資深研究作者Jonathan Staley博士說：“這些校對酶有效地拉動和拉伸RNA，通過遠(yuǎn)距離的作用，可以從剪接機(jī)器中提取次優(yōu)位點。” 。“這表明了一種調(diào)節(jié)剪接位點選擇的新機(jī)制，并將觀點轉(zhuǎn)移到這類蛋白質(zhì)的可能活動領(lǐng)域。它們可以移動RNA，而不僅僅像我們之前想象的那樣移動它。”

DNA的雙鏈結(jié)構(gòu)有點類似于拉鏈，牙齒代表遺傳密碼的字母。對于要訪問和讀取的代碼，一類稱為解旋酶的酶的功能類似于拉鏈滑塊以分離兩條鏈。解旋酶也需要“解鏈”RNA，盡管是單鏈的，但也可以形成雙螺旋。Staley和他的團(tuán)隊之前已經(jīng)展示了兩種RNA特異性解旋酶Prp16和Prp22，它們在校正剪接的兩種化學(xué)反應(yīng)中起作用。但他們采取行動的機(jī)制尚不清楚。

基于先前關(guān)于Prp16和Prp22如何表現(xiàn)的研究，他們猜測通過沿原始mRNA鏈移動來校正解旋酶。如果遇到剪接體 - 負(fù)責(zé)在剪接過程中切割和重組mRNA的分子機(jī)器 - 在錯誤的位置，則解旋酶會將剪接體從RNA鏈上敲下，防止不正確的切割。

雖然實驗支持解旋酶運(yùn)動，但他們排除了解旋酶從RNA敲除剪接體的可能性。研究小組使用了一種技術(shù)，用一種技術(shù)將DNA的一小段RNA與DNA交換出來，這可以作為Prp16和Prp22運(yùn)動的屏障。當(dāng)片段位于剪接體附近時，解旋酶仍然能夠防止不正確的剪接。但是如果段位于更遠(yuǎn)的位置，則會發(fā)生錯誤的拼接。

Staley和他的團(tuán)隊提出，對于解旋酶校正能力的最可能的解釋是對RNA鏈的物理張力。而不是直接從不正確的剪接位點敲除剪接體，解旋酶將該位點拉離剪接體。

斯塔利說：“我們的測試并不支持解旋酶正在翻轉(zhuǎn)和移除剪接體的想法，這表明他們不需要直接去他們的目標(biāo)上行動。” “這促使我們提出了一種替代模式，在某種程度上......讓我想起了狹義相對論，并要求我們改變我們的參考框架。”

研究人員還發(fā)現(xiàn)Prp16和Prp22在允許剪接體尋找替代剪接位點方面發(fā)揮了重要作用。例如，他們設(shè)計原始mRNA的方式允許剪接體定位進(jìn)行初始切割，但由于部位不足而停止。然而，盡管如此，他們發(fā)現(xiàn)剪接體在其任務(wù)的每一步都進(jìn)行 - 不是在他們最初禁用的RNA的位點，而是在之前沒有人觀察到的位點。當(dāng)Prp16完全從剪接體中移除時，不會發(fā)生這種可變剪接。如果重新加入，則恢復(fù)選擇性拼接。Prp22表現(xiàn)出類似的行為。

“我們發(fā)現(xiàn)這些解旋酶可以防止在一個位點進(jìn)行剪接，但可以在另一個位點進(jìn)行剪接，”Staley說。“這是第一個證據(jù)表明它們像選擇性剪接因子一樣起作用，并在一個基因產(chǎn)生多種蛋白質(zhì)產(chǎn)物的過程中發(fā)揮作用。”

雖然仍然是正在進(jìn)行的研究的主題，但研究人員認(rèn)為，剪接體強(qiáng)烈地被吸引到最佳剪接位點而弱到不正確的剪接位點。當(dāng)解旋酶拉動RNA鏈時，次優(yōu)位點很容易脫落，而最佳位點保持穩(wěn)定足夠長的時間以進(jìn)行剪接。

他們現(xiàn)在正在努力驗證這個模型，以及查看操作過程的方法。RNA解旋酶在整個生命樹中是進(jìn)化上保守的，并且在一些情況下可能在人類致病因子如丙型肝炎病毒，登革熱病毒和寨卡病毒中起重要作用。“例如，這些解旋酶在組裝丙型肝炎病毒方面發(fā)揮的作用不明確，但這項研究表明，他們可能像吮吸意大利面條的孩子一樣將RNA轉(zhuǎn)入病毒顆粒，”Staley說。

“在剪接過程中距離正確位點僅一個核苷酸的錯誤可能會破壞基因表達(dá)并對細(xì)胞產(chǎn)生破壞性影響，”他補(bǔ)充道。“我們的工作意味著可以抑制解旋酶，并且可選擇的剪接途徑中斷，因此我們非常熱衷于尋找這些分子中與疾病相關(guān)的突變。”