揭示核仁RNA聚合酶II促進(jìn)核糖體合成

在一項(xiàng)新的研究中，來自加拿大多倫多大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)一種名為RNA聚合酶（Pol）II的酶促進(jìn)核糖體構(gòu)成單元（building block）的產(chǎn)生，其中核糖體是根據(jù)遺傳密碼制造細(xì)胞內(nèi)所有蛋白的分子機(jī)器。相關(guān)研究結(jié)果于2020年7月15日在線發(fā)表在Nature期刊上，論文標(biāo)題為“Nucleolar RNA polymerase II drives ribosome biogenesis”。

這一發(fā)現(xiàn)揭示了這種酶在人細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生核糖體的位點(diǎn)---核仁---中的一個(gè)以前不為人知的功能，在此之前人們也從未在核仁中見過這種酶。Pol II是三種RNA聚合酶之一，這三種RNA聚合酶共同能夠讓細(xì)胞將遺傳信息從DNA轉(zhuǎn)移到RNA，再轉(zhuǎn)移到蛋白。

論文通訊作者、多倫多大學(xué)實(shí)驗(yàn)室醫(yī)學(xué)和病理學(xué)教授Karim Mekhail說，“我們的研究重新定義了三種主要RNA聚合酶的分工：將Pol II確定為控制蛋白合成的核仁結(jié)構(gòu)的一種主要因素。這也為其他科學(xué)家們提供了一種工具，以便更精確地探究整個(gè)基因組中某些核酸結(jié)構(gòu)的功能。”

Mekhail和他的同事們發(fā)現(xiàn)，在核仁內(nèi)，Pol II能夠讓核糖體RNA（rRNA）基因表達(dá)---這是制造核糖體的關(guān)鍵步驟。他們發(fā)現(xiàn)，Pol II產(chǎn)生的R環(huán)（R-loop）---雜合DNA-RNA結(jié)構(gòu)---直接保護(hù)rRNA基因，使其免受稱為正義基因間非編碼RNA（sense intergenic non-coding RNA, sincRNA）的分子干擾物的影響。

這些干擾物是由Pol I在基因間DNA的非蛋白編碼序列中產(chǎn)生的，它們在各種條件下變得更加活躍：Pol II受到破壞、處于環(huán)境壓力下以及在尤文肉瘤中。

Mekhail說，“Pol II對Pol I加以抑制，阻止sincRNA'沉入'核仁。我們在討論這項(xiàng)研究時(shí)將這些干擾物的名稱和作用統(tǒng)一起來。”

Mekhail和他的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種新技術(shù)來測試染色體上特定位置的R環(huán)的功能，他們將它稱為'紅色激光（red laser）'系統(tǒng)。Mekhail說，“這個(gè)領(lǐng)域的現(xiàn)有工具會破壞整個(gè)基因組上的R環(huán)，但是我們想要測試與特定基因位點(diǎn)相關(guān)的R環(huán)的功能。我們能夠?qū)⒁豁?xiàng)古老的技術(shù)變成現(xiàn)代的激光制導(dǎo)導(dǎo)彈，我們?nèi)栽谂M(jìn)一步改進(jìn)。”

論文共同**作者、多倫多大學(xué)博士生Karan (Josh) Abraham在2014年開始參與這個(gè)研究項(xiàng)目。Abraham說，“在進(jìn)行這項(xiàng)研究時(shí)，我觀察到Pol II在核仁rDNA基因上富集，這是引人注目的。如果有證據(jù)支持另一種模型，每個(gè)科學(xué)家都有責(zé)任挑戰(zhàn)現(xiàn)有的模型。”

論文共同**作者、多倫多大學(xué)博士生Negin Khosraviani于2018年加入Mekhail實(shí)驗(yàn)室。她說，團(tuán)隊(duì)合作和時(shí)間管理至關(guān)重要。她說，“如果沒有我們整個(gè)實(shí)驗(yàn)室的幫助和奉獻(xiàn)，我們不可能完成這項(xiàng)研究。與當(dāng)?shù)睾蛧H合作者的協(xié)調(diào)也是必不可少的。”

基于這項(xiàng)研究的下一步工作可能包括探索sincRNA和核仁解體作為各種癌癥的生物標(biāo)志物，以及具有這些特征的腫瘤是否對靶向基因間Pol I或II的藥物作出反應(yīng)。

Mekhail說，“COVID-19正在造成巨大的災(zāi)難，不過，其他疾病也并未停止。比如，癌癥仍然猖獗，影響著人們的生活。我們必須做我們能做的事情，并期待盡快在我們?nèi)〉玫倪M(jìn)展基礎(chǔ)上再接再厲。”