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Science:重磅!RNAi是细胞静止所必需的

2016/11/15 来源:生物谷
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导读
如今,在一项新的研究中,在美国冷泉港实验室教授Robert A. Martienssen的领导下,研究人员提供证据支持一种理论:所有细胞内促进它们复制它们的DNA的机制和能够让它们将它们的DNA转录为RNA的机制之间存在竞争。Martienssen说,“它是一种不得不管理的内在性选择,解释了我们的细胞机器在任何给定的时间正在做的许多事情。”


一些细胞并没有得到应有的重视。事实上,大多数细胞都没有。在我们的地球上,99%以上的细胞存在于一种静止状态中。捧起一把泥土:它含有上千种微生物,而且当被放置到培养皿中时,几乎每种微生物都不会生长。这些细胞是有代谢活性的---是的,活的---但是它们不会发生细胞分裂。它们将保持在一种繁殖上的“静止”状态,除非在特定条件下被激活从而再次进入细胞周期和准备再次分裂。

我们体内的一些重要的细胞事实上是静止的,如干细胞、适应性免疫系统细胞和卵母细胞---在通过受精被激活之前女性能够在几十年时间内携带的卵子。

尽管在自然界中,分裂细胞(dividing cell)总是只占一小部分,但是它们吸引了我们的大部分注意力,其中的原因也不难以想象到。准备好分裂的细胞是那些地球上携带所有生命到下一代的细胞。当复制发生混乱时,就像人类癌症发生的那样,这种基础的维持生命的过程被转化为一种威胁存活的武器。

如今,在一项新的研究中,在美国冷泉港实验室教授Robert A. Martienssen的领导下,研究人员提供证据支持一种理论:所有细胞内促进它们复制它们的DNA的机制和能够让它们将它们的DNA转录为RNA的机制之间存在竞争。Martienssen说,“它是一种不得不管理的内在性选择,解释了我们的细胞机器在任何给定的时间正在做的许多事情。”

Martienssen团队报道的证据是作了一下改变,将关注点放在大多数处于沉默状态的细胞---处于静止状态的细胞---后的结果。博士后研究员Benjamin Roche开展实验,首次证实除非一种被称作RNA干扰(RNAi)的表观遗传机制启动并运行,不然大多数细胞不能够在静止状态下存活。RNAi和其他表观遗传过程在不改变遗传密码的情形下,诱导特异性的基因在何处和何时表达发生变化。

利用简单的粟酒裂殖酵母细胞作为一种模式系统,研究人员发现缺乏RNAi的酵母细胞突变体不能够进入、维持或退出静止状态。缺乏RNAi的酵母仅在它们处于分裂的过程中才能够存活。

这提示着如果一种真核细胞保持存活的话,那么就存在某种关于静止本身的需要RNAi的东西。因此,探究在存在RNAi功能性的静止细胞中发生了什么是有意义的。

当一种细胞退出细胞周期因而离开繁殖状态时,它需要经过重编程以便进入静止状态。它们的重编程部分上是通过RNAi完成的,其中RNAi通过导致一种RNA聚合酶物理上从双螺旋DNA上脱离下来而让基因发生沉默,而这种RNA聚合酶是在早些时候附着到基因组DNA上的,以便将它翻译为编码蛋白的mRNA。

RNA集合酶存在多种形式。在进入细胞周期的细胞中,RNA聚合酶II的释放也具有促进细胞产生被称作异染色质的高度浓缩区的作用。在高等有机体中,RNAi是一种更加复杂的一旦建立这种异染色质就对它进行沉默的表观遗传复合体中的一部分。在缺乏RNAi或RNAi失去功能的细胞中,正常情形下沉默的异染色质会被激活。

这项新研究证实缺乏RNAi的细胞不能够精确地进入或维持静止状态,这是因为异染色质区域失去控制,最终杀死细胞本身。

Martienssen说,“我们通过遗传分析发现RNAi不仅与形成和调节异染色质的RNA聚合酶II相互作用,而且也发现在静止细胞中,正是这种RNAi诱导的RNA聚合酶I---另一种在转录期间有活性的酶---释放能够让静止细胞维持它们的静止状态。”

特别地,释放来自rDNA占据的遗传物质区域中的RNA聚合酶I才是关键之所在。rDNA是编码协助组成核糖体的RNA的DNA片段。与编码异染色质的DNA非常相类似的是,rDNA是高度重复性的,而且在整个基因组中存在许多拷贝。RNAi释放来自rDNA区域的RNA聚合酶I,并且通过这样做,阻止在维持静止期间异染色质过度积累。

Martienssen说,“这项研究可能解释了RNAi可能在干细胞和癌症中发挥的关键性作用,其中干细胞在它们生命的大多数时间里处于静止状态,而癌症毕竟是促进正常情形下处于静止状态的细胞开始分裂和扩增而导致的。有趣的是,这种转变经常伴随着RNAi突变。”

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