Cell论文详解!我的命运我主宰，而细胞中的RNA分子也是如斯

2020年12月18日讯/100医药网BIOON/---在人体的任何时辰，在年夜约30万亿个细胞中，DNA正在被“读取”成信使RNA（mRNA）分子，这是DNA和卵白之间的中心步调，这一进程被称为转录。

迷信家们对转录是若何开端的有了很好的相识：称为RNA聚合酶的卵白被招募到DNA分子的特定区域，并开端沿DNA链挪动，边走边合成mRNA分子。然则，这个进程的一部门还不太分明：细胞若何晓得何时结束转录？

如今，在一项新的研讨中，美国怀特海德生物医学研讨所成员、麻省理工学院生物学传授Richard Young及其团队和麻省理工学院化学工程传授Arup K. Chakraborty及其团队发现RNA分子通过反应回路调理它们本身的造成。RNA分子太少，细胞就会启动转录以发生更多的RNA分子。然后，在某个阈值，过多的RNA分子会招致转录结束。相关研讨成果于2020年12月16日在线颁发在Cell期刊上，论文题目为“RNA-Mediated Feedback Control of Transcriptional Condensates”。

图片来自Cell, 2020, doi:10.1016/j.cell.2020.11.030。

这一发现提供了对于成千上万种非编码RNA（ncRNA）的潜在作用的一些新见解。ncRNA不被翻译成任何卵白，在哺乳植物中很罕见，几十年来始终让迷信家们觉得神秘。

一个凝集物的成绩

Young试验室之前的研讨任务次要集中在转录凝集物（transcriptional condensate）上，转录凝集物是一种小型的转录液滴，将DNA转录为RNA所需的分子凑集在一路。来自Young试验室的迷信家在2018年发现了转录液滴，他们注意到它们通常在转录开端时造成，并在这个进程停止后的几秒钟或几分钟后消融。

这些研讨职员想晓得，摆布转录凝集物消融的力气是否能够与它们发生的RNA的化学性子无关---特殊是它的高负电荷。要是是如许的话，这将是细胞进程通过反应机制进行调理的最新例子---这是一种优雅、高效的体系，在细胞顶用于节制红细胞发生和DNA修复等生物功效。

作为最初的测试，这些研讨职员在体外展开试验来测试RNA的数目是否对转录凝集物的造成有影响。他们发现，在细胞中察看到的心理程度范畴内，低程度的RNA会匆匆进转录液滴的造成，而高程度的RNA则会阻止它的造成。

跳出身物学的框框

思索到这些成果，论文独特第一作者、Young试验室博士后研讨员Ozgur Oksuz和Jon Henninger与论文独特第一作者、Chakraborty试验室研讨生Krishna Shrinivas单干，研讨了是什么物理力气在发扬作用。

Shrinivas建议团队构建一种盘算模子来研讨踊跃转录的RNA和转录卵白造成的凝集物之间的物理和化学互相作用。这种模子的目的不是复杂地重现现有的成果，而是构建一个平台，用来测试各类环境。

Shrinivas说，“年夜多半人研讨这类成绩的方式是把分子的混合物放在试管中，摇晃它，看看会产生什么。人们可以想象这与细胞中产生的环境相差甚远。咱们的设法主意是，‘咱们能不克不及试着在生物学配景下研讨这个成绩，也便是这个失衡的简单进程？’”

从物理学的角度研讨这个成绩可以让这些研讨职员从传统的生物学办法中退一步来思索。Henninger说，“作为一名生物学者，很难从现有的数据中提出新的假如和新的办法来懂得事物若何运作。你可以做挑选，你可以确定能够参加一个进程的新的参加者、新的卵白和新的RNA，但你仍旧遭到咱们对一切这些器械若何互相作用的经典懂得的限定。而当与物理学者攀谈时，你所处的实际空间超越了现无数据所能提供的范畴。物理学者喜欢思考在给定某些参数的环境下，某些器械会有怎么的表示。”

Henninger说，“一旦这种模子构建实现，这些研讨职员可以向它提出对于细胞中能够呈现的环境的成绩---例如，当分歧长度的RNA以分歧的速率发生时，跟着光阴的推移，凝集物会产生什么？然后在试验室的任务台上展开试验来跟进它。咱们终极完成了模子和试验的很好交融。对我来说，这就像这种模子有助于提炼出这品种型体系的最复杂特征，然后你可以在细胞中做更多的预测性试验，看看它是否契合该模子。”

电荷在起作用

通过一系列的建模和试验室试验，这些研讨职员可能证明他们的假如，即RNA对转录的影响是因为RNA分子的高负电荷。此外，据预测，初始低程度的RNA会加强转录卵白造成的凝集物（即转录凝集物），随后较高的RNA程度会消融这些凝集物。鉴于电荷是由RNA的磷酸骨架携带的，是以一个给定的RNA分子的无效电荷与其长度间接成反比。

为了在活细胞中测试这一发现，这些研讨职员对小鼠胚胎干细胞进行基因改革，使之发生发光的凝集物，然后用一种化学物处置它们，以毁坏转录的延伸阶段。与这种模子的预测一致的是，招致凝集物消融的RNA分子的不敷添加了细胞中凝集物的年夜小和寿命。相反，当他们对这些细胞进行基因改革使之诱导发生额定的RNA时，所发生的转录凝集物就会消融。Chakraborty说，“这些成果突显了懂得非均衡反应机制若何调理细胞中存在的生物分子凝集物功效的紧张性。”