Nature：RNA代谢和调控之间的新联系

在细胞中，核糖核酸（RNAs）是最常见的，被称为信使或支架分子，但是它们也可以加快关键的生化反应和调控代谢途径。这些调控RNAs是在短短几年前发现的。最近，在对细菌进行的研究中，来自海德堡大学的科学家们在RNAs中发现了以前未知的修饰，可提高它们对抗细胞降解机制的稳定性。相关研究结果发表在最近的《自然》杂志（Nature）。

　　

生物通报道：在细胞中，核糖核酸（RNAs）是最常见的，被称为信使或支架分子，但是它们也可以加快关键的生化反应和调控代谢途径。这些调控RNAs是在短短几年前发现的。最近，在对细菌进行的研究中，来自海德堡大学的科学家们在RNAs中发现了以前未知的修饰，可提高它们对抗细胞降解机制的稳定性。此外，调控RNAs还与癌症发展和细菌感染有关。相关研究结果，由制药和分子生物技术研究所的研究人员发表在最近的《自然》杂志（Nature）。

在细菌中，大多数这些调控RNA可通过结合其他RNA分子（例如信使RNAs）而起作用，从而引发所产生复合物的降解。因此，结合的RNA不再能够用于蛋白质的生物合成，该研究所的Andres Jäschke教授解释说：“到目前为止，调控RNAs一直被认为是由四种标准的构建模块组成，核苷酸A、C、G和U。现在我们可以表明，肠道菌大肠杆菌（Escherichia coli）的一些调控RNAs在其末端携带一种特殊的修饰，可以提高它们对抗细胞降解机制的稳定性。”此外，Jäschke带领的研究小组发现了一种酶，可以消除这种修饰帽，并释放先前受保护的RNA用于降解。根据Jäschke教授介绍，这种改性剂是一种“老熟人”，即烟酰腺嘌呤二核苷酸（NAD），其被认为在细菌和高等生物的代谢中发挥关键的作用。延伸阅读：LncRNA：表观调控研究新视角

通过化学家Hana Cahová博士和生物技术专家Marie-Luise Winz博士开发的一种新方法，可以把这些NAD改性的调控RNAs分离出来。在他们的方法中，利用来自海洋软体动物的一种酶和一种称为“点击化学”的技术，来标记包含在总RNA样品中的NAD改性RNA分子，而所有其他则保持不变。因此，标记的RNAs可被选择性地分离，并通过高通量测序和对比数据库进行确定。Andres Jäschke指出：“对于我们所确定的大多数改性RNAs来说，目前为止还没有已知的生物学功能。有趣的是，其他改性RNA已经在细胞代谢的背景下得以描述，或与细菌对极端环境条件所致压力的反应有关。”

现在，科学家们深入调查了“为什么细菌用NAD修改它的一些调控RNA？”的问题，生物技术专家Katharina Höfer博士称：“因为末端的化学性质已知是细胞酶降解RNA的一个关键因素，我们假设NAD修饰可能使RNA稳定。”因此，她与生化学家Gabriele Nübel合作，调查了几个已知的降解途径。研究人员的确证实，对抗两种修饰和降解酶的稳定性显著增加。一旦目的达到，细胞就切割下这个保护帽，因为这种酶对此非常有用，所以科学家们进一步测试了这种酶，再次发现了他们寻找的东西：其中一种酶能移除NAD，从而可启动RNA降解。

Andres Jäschke的研究小组怀疑，附加的NAD有其他的功能。Jäschke教授解释说：“NAD以一种特定的方式与许多蛋白质相互作用，所以NAD-RNAs也可能形成蛋白质复合物，反过来它又可能调节细菌中的各种过程。此外，NAD可能以两种不同的形式发生在细胞中，即以氧化方式和还原方式。这两种状态之间的平衡，可能影响和调节NAD-RNAs的生物学功能。”

科学家介绍说，几十年来RNA末端的保护帽一直被认为存在于高等生物中，但这项研究首次报道了细菌中的一种帽状结构（但化学成分不同）。这些研究开辟了一个新的研究领域，因为这一新修饰的生物学功能和机理目前需要被澄清。Andres Jäschke评论说：“我们特别感兴趣的是，查明哪些NAD修饰仅存在于细菌中，或者也存在于高等生物中。如果这是细菌一个特有的现象，那么它可能会为新的抗菌治疗提供线索。”

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
NAD captureSeq indicates NAD as a bacterial cap for a subset of regulatory RNAs
Abstract A distinctive feature of prokaryotic gene expression is the absence of 5′-capped RNA. In eukaryotes, 5′,5′-triphosphate-linked 7-methylguanosine protects messenger RNA from degradation and modulates maturation, localization and translation. Recently, the cofactor nicotinamide adenine dinucleotide (NAD) was reported as a covalent modification of bacterial RNA. Given the central role of NAD in redox biochemistry, posttranslational protein modification and signalling, its attachment to RNA indicates that there are unknown functions of RNA in these processes and undiscovered pathways in RNA metabolism and regulation. The unknown identity of NAD-modified RNAs has so far precluded functional analyses. Here we identify NAD-linked RNAs from bacteria by chemo-enzymatic capture and next-generation sequencing (NAD captureSeq). Among those identified, specific regulatory small RNAs (sRNAs) and sRNA-like 5′-terminal fragments of certain mRNAs are particularly abundant. Analogous to a eukaryotic cap, 5′-NAD modification is shown in vitro to stabilize RNA against 5′-processing by the RNA-pyrophosphohydrolase RppH and against endonucleolytic cleavage by ribonuclease (RNase) E. The nudix phosphohydrolase NudC7 decaps NAD-RNA and thereby triggers RNase-E-mediated RNA decay, while being inactive against triphosphate-RNA. In vivo, ~13% of the abundant sRNA RNAI is NAD-capped in the presence, and ~26% in the absence, of functional NudC. To our knowledge, this is the first description of a cap-like structure and a decapping machinery in bacteria.