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端粒酶 RNA（hTR）在端粒酶组装和活性中至关重要，但此前其在活细胞中的结构存在争议。研究人员利用 DMS-MaPseq 技术探测 hTR 结构，发现约 15% 的 hTR 有不利于 hTERT 结合的构象，且突变会影响端粒酶组装和活性。这为理解端粒酶生物发生提供新视角。
在生命的微观世界里，细胞的每一次分裂都像是一场精密的 “舞蹈”，而端粒酶则是这场舞蹈中至关重要的 “指挥家”。端粒酶能够维持端粒的长度，端粒就像染色体末端的 “保护帽”，保护着染色体的完整性。当端粒酶 “失职” 时，端粒会逐渐缩短，细胞就会面临衰老甚至死亡的命运。在癌症等疾病中，端粒酶的异常激活又会让癌细胞无限增殖。因此，深入了解端粒酶的工作机制，成为了生命科学领域的关键课题。
然而，端粒酶的核心组成部分 —— 端粒酶 RNA（hTR），其在活细胞中的结构一直是个谜。此前的研究虽然对 hTR 的结构有了一定的认识，但由于技术的限制，无法准确解析其在细胞内的真实状态。不同的研究甚至得出了相互矛盾的结论，比如 hTERT 究竟是结合预先折叠好的 hTR，还是诱导 hTR 发生重塑，这一争议始终没有得到解决。为了揭开这个谜团，来自美国加利福尼亚大学圣克鲁兹分校、哈佛医学院、科罗拉多大学博尔德分校等机构的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Nature Communications》上，为我们理解端粒酶的奥秘带来了新的曙光。
研究人员主要运用了 DMS-MaPseq（dimethyl sulfate mutational profiling with sequencing，硫酸二甲酯突变分析测序）技术，该技术能够在活细胞内对 hTR 的结构进行精确探测。同时，他们还使用了集合解卷积分析等方法，从复杂的数据中解析出 hTR 的不同构象。研究样本主要来源于 HeLa 细胞、BJ 成纤维细胞和 HEK293T 细胞等。
DMS-MaPseq 揭示与既定 hTR 结构模型的差异
研究人员首先利用 DMS-MaPseq 技术分析了 HeLa 细胞中 hTR 的群体平均 DMS 反应性。通过与冷冻电镜（cryo-EM）模型对比，发现 t/PK 结构域和 CR4/5 结构域的大部分 DMS 反应性与现有模型相符，但也存在一些预测为碱基配对却有中低 DMS 反应性的核苷酸。这表明 hTR 在细胞内可能存在其他折叠构象。
集合解卷积揭示 t/PK 和 CR4/5 结构域的替代构象
运用集合解卷积算法 DREEM（Deconvolution of RNA Ensembles by Expectation Maximization，期望最大化 RNA 集合解卷积）对 DMS 反应性数据进行分析，研究人员发现 hTR 的 t/PK 结构域和 CR4/5 结构域都存在主要和次要的构象簇。t/PK 结构域的次要构象缺少假结结构，而 CR4/5 结构域的次要构象是线性的，且缺少对端粒酶组装和催化活性至关重要的 P6.1 茎环结构。
hTERT 的过表达不会导致 hTR 的 CR4/5 结构域重折叠
通过对 BJ 成纤维细胞（不表达 hTERT）和过表达 hTERT 的 HeLa 细胞进行研究，发现 hTR 折叠成两种 CR4/5 结构的比例不受 hTERT 表达的影响。这说明 hTR 的 CR4/5 结构域的折叠不依赖于 hTERT 的存在和结合。
CR4/5 突变可特异性稳定替代构象
研究人员设计了 CR4/5 结构域的突变体，这些突变体能够稳定替代构象。实验结果显示，突变体转染细胞后，替代构象的相对丰度增加，进一步验证了这些结构模型。
替代 CR4/5 构象不支持高效的端粒酶组装和活性
对表达野生型和突变型 hTR 的细胞进行研究，发现突变体 M3 的端粒酶组装效率大幅降低，催化活性严重受损。这表明替代 CR4/5 构象不利于端粒酶的正常功能。
从细胞中纯化的端粒酶 RNP 缺乏替代 CR4/5 构象
对从细胞中纯化的端粒酶 RNP 进行分析，发现其中不存在替代 CR4/5 构象，只有与冷冻电镜结构一致的规范构象。这进一步证明了只有规范的 CR4/5 构象才是端粒酶发挥活性所必需的。
研究人员通过一系列实验，成功揭示了活细胞中 hTR 的结构异质性。约 12 - 18% 的细胞内 hTR 存在错误折叠的构象，这种构象不利于端粒酶的组装和活性。同时，研究还发现蛋白质可能促进 hTR 折叠成规范构象，而替代构象可能是折叠过程中的死胡同或中间状态。
这项研究的意义重大。它为理解端粒酶的生物发生过程提供了新的视角，有助于解释端粒酶在维持基因组稳定性中的作用机制。此外，研究结果还可能为开发针对端粒酶相关疾病（如癌症、衰老相关疾病）的治疗方法提供理论基础。未来，研究人员可以进一步探索如何调控 hTR 的折叠，以实现对端粒酶活性的精准控制，为人类健康带来新的希望。
