DNA绕个圈 转录转向

生物通,2012-10-03

在玩具赛车轨道游戏里，出老千的玩家会扳动开关，让他们对手的车辆进入一个循环轨道，从而赢取比赛。细胞也会这一招——改变“轨道”布局，影响细胞功能，来自欧洲分子生物学实验室（EMBL）和牛津大学的科学家们发现通过形成或撤销基因环结构（gene loops），细胞能调控转录机器，控制它是沿着遗传物质的一个方向还是两个方向前进。

“我们发现基因环可以将双向启动子变成单向系统，”领导这项研究的Lars Steinmetz说。

三年前，Steinmetz实验室发现当转录机器定位在大部分基因启动子（标记转录开始位置的序列）上的时候，它不仅会沿着基因的方向移动，而且也会朝着相反的方向，DNA的另外一条“路”移动。而当时令他们感到有点惊讶的是，这种现象并不是无处不在的，一些基因似乎其启动子只能朝着一个方向。

同一期间，英国牛津大学的Nicholas Proudfoot研究组则发现基因能弯曲成一个环，从而当转录机器到达基因末端的时候，就能回到开始的地方，重新转录，就像是一个被困的玩具车。Proudfoot研究组的研究人员还发现，一个特定蛋白的失活就会导致这些基因环无法形成。

转录机器是指具有RNA聚合酶活性，并能将模板基因序列转录为互补RNA链的连续动态转换的转录复合体。其主要成分包括RNA聚合酶等，2006年美国科学家Roger D.Kornberg就因此获得了诺贝尔化学奖。

在最新这项研究中，Steinmetz, Proudfoot和其他同事分析了酵母细胞的整个基因组，发现带有单向启动子的基因无法形成环，这些启动子起始的转录过程就会变成双向，这种转录似乎不会被困在一个循环中，更多的是自由的向相反的方向移动，因此就会影响到其它基因。这样细胞通过形成或撤消基因环，不仅可以调控循环基因本身，而且还可以调整整个基因组中调控的分布。

目前研究人员正在尝试探索这些环如何形成，以及何时形成的，比如说如何对一个细胞环境变化作出应对，解环会如何影响基因中短DNA序列的转录。Steinmetz还有一个希望解答的问题：一个启动子激活两个基因的情况下会发生什么？ “它们是在一个循环里吗？会发生什么变化呢？”。（生物通：张迪）