杂交DNA-RNA三联体在基因调控中的作用

《Nucleic Acids Research》Systematic study of hybrid triplex topology and stability suggests a general triplex-mediated regulatory mechanism

　　

DNA由两条互补的链组成，包含细胞功能所必需的遗传信息。为了激活或表达一个基因，这些链必须分离，允许部分序列被转录成RNA，这一过程被称为转录。

这一过程受到严格调控，部分原因是DNA或RNA内部形成的特殊结构可以调节基因表达。其中最著名的例子是三链结构，其中第三条核酸链与DNA双螺旋结构特异性结合。虽然只有DNA的三联体已经被广泛研究，但到目前为止，人们对那些由DNA和RNA组成的所谓杂交三联体及其生物学相关性知之甚少。

在《Nucleic Acids Research》杂志最近发表的一篇文章中，由巴塞罗那IRB的Modesto Orozco博士领导的研究人员与来自IQAC和IQFBC （CSIC）、巴塞罗那大学、Nostrum Biodiscovery和剑桥大学的研究小组合作，提供了一份详细的三联体杂交的稳定性和分布地图。为了开展这项研究，该团队依靠生物物理实验、分子动力学模拟和大规模生物信息学分析。

“我们想了解哪种类型的杂交三联体（DNA- RNA）更稳定，它们倾向于在基因组中形成的位置，以及它们是否与DNA的三维结构有关。这将有助于我们更好地理解它们作为调节机制的潜在功能，”Alba Sala博士解释说，他是该研究的第一作者之一，还有Vito Genna博士、Guillem Portella博士和Montserrat Terrazas博士。

在分析了几种DNA-RNA组合后，研究人员发现，一种特殊的构型——RNA与DNA双螺旋结合而没有完全展开——被证明是最稳定的。这一发现使他们能够创建一种计算工具，能够预测这些三重结构何时何地形成，以及它们是否会影响基因表达控制。

将该工具应用于人类基因组数据显示，三联体倾向于在关键调控区域（如启动子）和特定的染色质位点形成。因此，研究小组提出，这些结构可能既有助于DNA的物理组织，也有助于各种基因的激活或抑制。

影响及潜在受益者

这些发现为分子生物学开辟了新的假设。基因调控和表观遗传学的研究人员现在可能会研究RNA-DNA杂交三联体是否参与激活或沉默特定基因。同样，研究基因组结构的科学家可以探索这些结构如何促进DNA的压缩和稳定性。

此外，生物医学研究人员可能会深入研究与涉及基因表达失调的疾病（如某些癌症）相关的异常三联体的存在。

在未来，识别这些杂交三联体可能为新的治疗策略铺平道路，特别是对于涉及基因调节功能障碍的疾病。了解这些三联体如何形成和稳定，为旨在纠正关键基因表达缺陷的药物设计提供了令人兴奋的可能性。

“我们对RNA如何调节染色质的理解正在不断发展。这些发现提供了进一步的证据，证明RNA不仅可以作为遗传信使，还可以在结构上与DNA相互作用以调节其功能，”巴塞罗那IRB分子建模和生物信息学实验室负责人、巴塞罗那大学教授Orozco博士评论道。

在这项研究中，研究小组采用了热稳定性生物物理实验、分子动力学模拟来可视化原子水平上的链结合，以及详尽的生物信息学分析来定位可能形成三联体的基因组区域。