Nature：发现一种新的基因调节模式

　　

加州大学圣克鲁兹分校的研究者首次发现哺乳动物的一种全新的基因调节模式（以前从没在哺乳动物中发现），在多种不同的哺乳动物中一种核酶控制一个重要的基因家族群。

 

最新的研究结果发表在7月9号的《Nature》上，文章描述了一种锤头（状）核酶具有新颖而令人惊叹的作用，锤头（状）核酶是一种常见的分子，与病毒样植物致病源类病毒具有一定的关联。加州大学圣克鲁兹分校的研究者发现小鼠、马、鸭嘴兽和其他几种哺乳动物体内某些基因群有核酶嵌入其中。这些基因与免疫应答和骨代谢有关。

 

Monika Martick说，嵌入基因中的核酶具有独特的功能，它可调节基因的表达。Monika Martick是加州大学圣克鲁兹分校的博士后研究生，还是文章的第一作者。

 

核酶，也可说是RNA酶，是一类RNA分子，具有催化化学反应的功能。我们已知RNA具有编码遗传信息的能力，而大部分具有催化生物反应功能的酶都是由蛋白质组成。科学家现在发现，原来RNA是一种多能分子。

 

联合作者Lucas Horan说，RNA在生物体中通过过多种途径影响生物功能，比我们先前想的途径要丰富。Lucas Horan是加州大学圣克鲁兹分校分子细胞和发育生物学专业的研究生。

当一个基因被激活或是被表达，染色体里的DNA序列就被转录成为RNA分子也就是众所周之的信使RNA。信使RNA序列接下来被翻译成蛋白质的氨基酸序列，表达的蛋白就在细胞里执行特定的功能。

 

Martick 和Horan在基因研究实验中，发现信使RNA包含一段特殊的序列，这段序列可组装成锤头（状）核酶。这种信使RNA的自我切割行为可通过阻止蛋白的翻译过程来阻断基因的表达功能。可能存在另一种机制阻止核酶的自我切割行为开启基因的表达功能。

 

Martick说，我们现在还不清楚核酶功能开启和关闭的机制，但是我们猜想有这种机制存在。

 

Martick和她的共同作者都是来自加州大学圣克鲁兹分校附属的RNA分子生物学实验室，该实验室由Harry Noller主管，Harry Noller是分子生物学教授。作为一名研究生，Martick与化学生物化学教授William Scott共事，他们共同绘制了锤头（状）核酶的三位结构图。（详情请查看早期发表的文章：）

 

Scott和他的研究小组从1998年来加州大学圣克鲁兹分校之前就已经开始从事锤头（状）核酶结构和机制的研究。他说，这一发现是在我的研究过程中我觉得最引人瞩目最意想不到的结果。

 

在这项新的研究工作中，Matrick加入Horan的研究小组，Horan是Noller实验室的研究生。Scott和Noller都是Nature文章上的共同作者。

 

Horan说，Monika暗示我她发现了一些有趣的现象，于是我们决定一起继续研究。Monika她刚获得医学博士学位，我正在做一些其他的研究，但是我们获得了一些前期的数据，这些数据表明我们的合作可能获得丰盛的研究成果，这一类型的相互作用是以RNA为核心，这鼓舞我们继续研究。

 

Martrick做了些前期的数据收集工作，获得了大鼠和小鼠的锤头（状）核酶基因组。接下来，她和Horan做了更多的搜索工作，用加州大学圣克鲁兹分校的数据库和其他数据库收集其他生物体的基因组序列。他们发现，核酶与小鼠、大鼠和鸭嘴兽的某个基因有关联，而与其他5种哺乳动物的未知基因有关联。

 

Scott说，我们曾经认为锤头（状）核酶只严格存在于植物类病毒中，但是现在看来锤头（状）核酶在哺乳动物生物系统里具有显著的作用。

 

实验结果证明，信使RNA包含一段植入的序列形成活性核酶，在哺乳动物的细胞里核酶能降低基因的活性。

 

Horan说，这种基因调节模式从没在哺乳动物体内被观察到。由于核酶在如此多的动物中具有相似的功能，这些动物还包括鸭嘴兽，因此我们有理由相信核酶在早期哺乳动物祖先中也存在。

研究者在人类的基因组里没有发现核酶序列，因此，这表明在人体里有其他的机制在取代核酶调节基因表达。

 

Matrick说，这些基因与免疫应答和骨代谢有关，因此我们将集中在这两个领域来研究核酶。这对啮齿类动物的调节理论具有重要的意义，并对人类的调节系统理论具有借鉴意义。

 

（生物通 张欢）