朱听课题组报道镜像基因转录与反转录系统

生命中心PI朱听课题组于2019年2月7日在Chem杂志在线发表题为《镜像基因转录与反转录》(Mirror-image gene transcription and reverse transcription) 的研究论文，报道利用化学生物学手段实现镜像基因的转录与反转录。

图1：镜像基因转录与反转录系统示意图

构成生命最基本的生物大分子核糖核酸和蛋白质具有手性特征。目前已知地球上所有生物都只选择了其中一种手性的核酸和蛋白质，即天然的DNA和RNA均由D型核糖组成，天然的蛋白质均由L型氨基酸组成，而几乎不使用相应的镜像版本。迄今为止没有证据表明由镜像分子构成的生命系统在进化中曾经出现过。

生命系统中这一奇特的手性均一性特征引发了一系列有关生命起源及进化的基础性问题：为什么生命只选择D型核酸和L型蛋白质？镜像生物大分子是否能够完成相同的生化反应？人类是否有可能在地球上人工创造一种镜像的生命，不受自然界中各种酶消化、各种病毒入侵？

基于对上述生命起源及进化中手性选择问题的兴趣，朱听课题组致力于利用化学和分子生物学等多学科交叉手段构建由L型核酸和D型蛋白质组成的镜像生物学系统。此前已报道镜像DNA的复制、转录（Nat Chem, 8:698-704, 2016）、镜像PCR扩增（Cell Disc, 3:17037, 2017）、镜像DNA测序（Cell Chem Bio, 25:1-6, 2018）等多个系统。此次报道的镜像基因转录与反转录系统是构建镜像遗传信息中心法则的重要组成部分。

如图2（A）（B）所示，D型Dpo4的Y12S突变体可催化L型RNA引物以L型DNA为模板进行延伸，利用该体系可转录出长达120 nt的L型5S核糖体RNA。此外，该研究还发现野生型的Dpo4具有较高的反转录活性。如图2（C）（D）所示，该酶的镜像版本可催化L型DNA引物以L型RNA为模板进行延伸，得到的反转录产物可进一步在镜像PCR反应中扩增，使L型RNA的测序以及L型RNA 适配体的直接筛选成为可能。

此次报道的基于D型Dpo4聚合酶的镜像转录与反转录系统较基于ASFV pol X的系统具有更高的热稳定性、聚合效率和保真度，能够转录出长达120 nt的镜像5S 核糖体RNA，同时增加了由RNA到DNA的反转录活性，向构建镜像核酸适配体直接筛选系统和构建基于镜像核糖体的翻译系统迈出了重要一步。

图2 基于Dpo4聚合酶的镜像转录与反转录系统

(A) 基于Dpo4聚合酶的镜像转录与反转录系统示意图；(B) 利用镜像转录系统制备L型5S rRNA；(C) 以镜像转录产物为模板的镜像反转录反应；(D) 以镜像反转录产物为模板的镜像PCR反应。

论文链接：https://www.cell.com/chem/fulltext/S2451-9294(19)30025-7