
我们曾有多少次看到过超人从天而降将人们从呼啸而过的火车下解救出来?
这个熟悉的场景在电影中出现了上百次。但是在真实的生活中,每一次细胞分裂的情景并非这么戏剧化。为了顺利完成分裂,我们的遗传材料必须通过高度复杂的机器被准确地复制,这个机器的部件小到能在DNA螺旋双链中穿梭。
问题是,我们的DNA一直在使用中,其他的分子机器持续“拉拽”着DNA链以便能结合到关键基因上。在这个被称为转录的过程中,DNA的元件得到复制并作为蛋白翻译的模板。但是这两种复制机器不能同时结合相同位点,它们不可避免地会发生碰撞,除非存在一种分子“超人”能将转录机器移到一边。
冷泉港实验室(CSHL)的科学家们发现,这种分子“超人”是一种叫做Dicer的蛋白质。在此之前,Dicer被发现在RNA干扰(RNAi)这个过程中起到选择性沉默基因的作用。而现在,研究人员发现Dicer还承担了另一种角色:使转录机器远离DNA,复制因此可以顺利进行。
由Robert Martienssen率领的研究团队得出这样的结论:Dicer的这一新功能对维持酵母基因组的完整性非常关键。他们指出,复制和转录机器之间的碰撞会导致DNA受损并使基因组发生大量突变,突变最终会导致衰老和癌症。
Martienssen和他的同事们之前发现,RNAi在基因沉默的基因组隔离区域缓解了转录和DNA复制之间的冲突。“当Dicer被突变时,复制暂停,该区域的DNA受损,”Martienssen解释道。“这是Dicer的新角色,之前我们以为它仅在RNAi中起作用。”
这项研究发表在Cell上,Martienssen和他的团队对Dicer是否和如何在整个基因组中更广泛地发挥作用进行了探索。这个团队发现,Dicer参与了转录机器从基因组上释放下来这个过程。“Dicer的功能不仅限于沉默基因,”研究人员说。事实上,它控制了转录机器从上百个极度活跃的基因上的释放。
“这些基因持续被细胞利用,我们称之为“管家”基因,因为它们对于细胞基本的存活是必需的,”研究人员说。在任何既定的时间,都能在这些基因附近发现转录机器。没有Dicer的帮助,这个机器行进到复制的区域,很有可能会与复制机器发生碰撞。
这些碰撞对细胞真的是毁灭性的吗?研究团队发现,碰撞导致DNA的大量片段随着细胞分裂的进行逐渐丢失。“这些染色体重排,也称为基因组的不稳定,涉及衰老和癌症,”研究人员说。其他的研究团队显示,Dicer的突变与肿瘤形成的风险升高有关。本项研究可能会帮助解释这些现象。“Dicer在癌症中的作用可能是通过避免转录和复制间的碰撞来保护基因组。”Martienssen说。