Cell：RNA机器如何越过基因组障碍

　　

生物通报道：曾几何时，科学家们认为，RNA聚合酶——通过将DNA转录成RNA开启蛋白质合成的分子，就像一个发条玩具那样工作：它置于我们DNA中的一个起始位点上，一直稳步急速运作，抽出一个RNA拷贝，直到它到达停靠位置。延伸阅读：单细胞RNA-seq实现细胞空间定位。

最近，科学家们意识到，他们没有给予RNA聚合酶足够的认识。哈佛大学医学院遗传学助理教授Stirling Churchman博士说：“它更像是一辆高性能的跑车。它必须加速，但也要减慢并应对前进道路上的障碍。”

现在，Churchman及其同事的一项最新研究，使得科学家可以在高分辨率上探究“RNA聚合酶如何越过人类细胞中的这一障碍物”。

在2011年，Churchman曾共同开发了一种RNA测量工具，称为NET-seq，并用它将酵母中的基因转录精简到单个核苷酸（DNA“字母”）。在本周《Cell》杂志发表的一项研究中，Churchman及其研究小组采用NET-seq在人类细胞进行了同样的研究，从而有了一些新的发现。

基因转录驱动着我们细胞中几乎每一个过程，但关于“它是如何工作的”科学家们仍然还有很多细节不清楚。对其中的细节有更好理解，将提高我们对正常和异常生物学的认识，从细胞分化到癌症。

首先，Churchman发现证据表明，在我们细胞中RNA聚合酶确实能急剧地改变速度。其他研究人员曾经怀疑这一点，但只能够在细胞外简化的、改进的体系中进行研究。

例如，Churchman和她的研究团队发现，RNA聚合酶在到达特定的障碍（被称为转录因子——帮助RNA聚合酶起作用的蛋白质）之前，会慢下来。

本文共同第一作者Di Iulio发现，当RNA聚合酶遇到一种DNA——后来成为最终蛋白质的一部分，速度会放缓。（RNA复制在转录过程中产生的许多部分被切掉，剩余少量在蛋白质制成之前重新拼凑在一起）。Churchman说，在这之前没有人观察到过。

Churchman说：“在某种程度上DNA上被检测到的RNA聚合酶将被保留下来。我们看到的这一暂停特征模式，就像这些DNA片段之前和之后的减速带。我们还不知道为什么它们在那里，或者是什么导致它们在那里。”

Churchman用分辨率较低的工具一直不能观察到减速带，因为它们发生的非常急速，在十个核苷酸内强化和急降。

第三，Churchman的研究推案对看到了收敛转录的证据，在这种情况下，再一个RNA聚合酶 “跑车”开始沿着基因，并朝着开始的方向驱使，可能会导致两个聚合酶迎头碰撞。

其他研究人员已经在基因组的特定部位看到过这一现象。Churchman研究小组的工作表明，该过程发生在多达25%的基因中。

Churchman也确定，收敛转录通常发生在较少表达的基因中。她说，总之，这些研究发现了很多东西。“这不仅仅是决定打开或关闭一个基因；在RNA生成过程中还有其他控制阀。最终，它强调了我们当前对‘转录如何发生’看法的简单性。”

她指出，该研究只触及到“NET-seq可以帮助Churchman和其他人从基因转录中了解到什么”这个问题的表面。但是滴水会汇成河，每个小进步都会有帮助。

她表示：“任何时候，我们了解到的基因调控的新方法，都有可能告诉我们如何设计治疗方案，以及如何能够逆转疾病状态。”

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
Native Elongating Transcript Sequencing Reveals Human Transcriptional Activity at Nucleotide Resolution
Summary: Major features of transcription by human RNA polymerase II (Pol II) remain poorly defined due to a lack of quantitative approaches for visualizing Pol II progress at nucleotide resolution. We developed a simple and powerful approach for performing native elongating transcript sequencing (NET-seq) in human cells that globally maps strand-specific Pol II density at nucleotide resolution. NET-seq exposes a mode of antisense transcription that originates downstream and converges on transcription from the canonical promoter. Convergent transcription is associated with a distinctive chromatin configuration and is characteristic of lower-expressed genes. Integration of NET-seq with genomic footprinting data reveals stereotypic Pol II pausing coincident with transcription factor occupancy. Finally, exons retained in mature transcripts display Pol II pausing signatures that differ markedly from skipped exons, indicating an intrinsic capacity for Pol II to recognize exons with different processing fates. Together, human NET-seq exposes the topography and regulatory complexity of human gene expression.