Cell：打破常規！發現獨特的DNA編輯功能

　　一種單細胞纖毛蟲物種以一種看似不可能的方式使用細胞轉錄復合體。在一項新的研究中，來自瑞士伯爾尼大學的研究人員首次詳細地描述了 “垃圾DNA”在遭受降解之前轉錄的機制。這種機制是非常巧妙的。

　　它聽起來像是一場設計競賽中的獲獎設計方案：當小片段信息太短而不適合放入讀取設備中時，如何讀取這些小片段信息呢？將它們縫接在一起形成一條更長的鏈，然后將這條鏈閉合，從而產生一種便于使用的環。這種環甚至能夠被這種讀取設備重復地讀取。這就是一種被稱作第四雙小核草履蟲（Paramecium tetraurelia）的單細胞纖毛蟲物種如何將小切離DNA片段（excised DNA segment）轉錄為具有調節功能的小RNA。

　　當來自伯爾尼大學細胞生物學研究所的Mariusz Nowacki發現小RNA在清除來自草履蟲DNA的片段中發揮著調節的功能時，他和他的團隊研究起了其中的分子機制：這些小RNA是怎么產生的？它們的確切功能是什么？他們很快發現在對DNA片段的清除中似乎存在一種反饋循環。這些DNA片段之前被認為是沒有用處的。它們是從草履蟲基因組中切離出來的，隨后被降解掉。然而，在降解之前，它們起著小RNA模板的作用，它們所產生的小RNA接著有助切割出更多的這些DNA片段。一旦啟動，這種金字塔式系統即通過產生小RNA自我強化。

　　讓不能夠轉錄的DNA片段發生轉錄

　　盡管這種系統看似如此美麗和迷人，但是這些研究人員也遇到一個嚴重的問題：通常，細胞轉錄復合體需要更長的DNA片段才能運作，因此這些小切離DNA片段（長度甚至不到30個堿基對）如何能夠起著模板的作用？如果針對這一點沒有一種很好的解釋，那么這整個理論看起來是非常難以置信的。Nowacki回憶道，“這是一種有趣的偵探工作。”他們作出一種猜測：所有他們需要做的事情是證明這種猜測。“我們事實上并不是尋找未知的世界，這是因為我們很快有一種新的想法，隨后就是測試這種想法。”他們的猜測經證實是正確的：草履蟲找出一種方法將小切離DNA片段隨機地串聯在一起形成一條鏈，一旦這條鏈達到合適的長度（大約200個堿基對），就將它的末端連接在一起形成這些小切離DNA片段的環形串聯體。這些環形串聯體經轉錄后產生雙鏈RNA。所產生的雙聯RNA在Dicer樣蛋白的切割下產生一群具有調節功能的小RNA，而且這些小RNA與小切離DNA片段在序列上準確地匹配。

　　垃圾DNA或者不是垃圾DNA？

　　這一發現具有重要的分子生物學意義。人們的常規看法是被認為是非編碼性“垃圾”的DNA對這種有機體沒有用處，在從有機體的基因組中切除后會很快地遭受降解。但是，事實上，它們是一類具有生物學重要性的小RNA的功能性模板。它們確實是分子生物學上的重大的新興領域之一：垃圾DNA是否真的是無價值的，這是因為越來越明顯的是：它們確實具有調節功能。Nowacki認為在這項研究中，他的團隊是首次能夠闡明這種切離的“垃圾DNA”的精確轉錄機制，這就進一步證實它們應當改名了。

　　RNA與疾病---RNA生物學功能在疾病機制中的作用

　　Nowacki團隊研究了一類長期被忽視的分子：RNA。它們在很多重要的過程中發揮至關重要的作用，而且比初始認為的更加復雜。比如，在一個特定的細胞中，RNA決定了一個給定的基因在何種條件下激活或滅活。如果這種基因調節過程的任何一個部分發生故障或者不能夠平穩運行的話，那么它能夠導致心臟病、癌癥、腦部疾病和代謝疾病。（生物谷 Bioon.com）

　　本文系生物谷原創編譯整理，歡迎轉載！點擊 獲取授權 。更多資訊請下載生物谷APP。

　　原始出處：

　　Sarah E. Allen, Iris Hug, Sylwia Pabian et al. Circular Concatemers of Ultra-Short DNA Segments Produce Regulatory RNAs. Cell, 9 March 2017, 169(6):990–999, doi:10.1016/j.cell.2017.02.020