科学家们刚刚发现了一种细胞控制基因的新方法

科学家们发现，当DNA阅读酶沿着基因反向移动时，它可能会帮助控制基因的启动时间。

人体大约有30万亿个细胞，它们不需要同时开启所有的基因。相反，细胞严格控制其基因的活动 —— 最近，科学家们发现了一种以前不为人知的方式来完成这一壮举。

人类DNA包含大约20000到25000个基因。为了使细胞正常工作，DNA中的遗传密码被一种叫做RNA聚合酶的酶复制或转录，从而形成一种叫做RNA的分子。通常，RNA会被翻译成蛋白质，这是生命的基石。有无数的因素决定了哪些基因需要被激活，比如细胞的类型和发育阶段。

今年2月发表在《分子细胞》杂志上的这项最新研究，描述了细胞控制基因的一种新方法。它被称为“回溯”，最初被认为是对DNA断裂的反应，但现在科学家正在研究它在基因调控中的作用。

回溯是指RNA聚合酶在读取基因时不是沿着DNA向前移动，而是向后移动并暂停的过程。然后这个停顿被分解，酶可以继续前进，大量产生RNA。

纽约大学朗格尼健康中心的生物化学教授叶夫根尼·努德勒（Evgeny Nudler）表示：“在早期，人们认为一旦RNA聚合酶开始转录，它就会毫无问题地完成转录。然而，多年来，他们意识到情况要复杂得多。”努德勒及其同事于1997年发表了第一篇关于回溯的论文。

当RNA聚合酶回溯一小段距离时，它会挤出一条新形成的RNA链，导致转录过程暂停。这种挤压的RNA通常会被酶切断，为RNA聚合酶再次继续前进留下清晰的路径。

然而，有时，聚合酶向后移动更长的距离，挤压的RNA阻塞了这些剪切酶通常剪切的位点。有了这个路障，聚合酶就会在更长的时间内停留在它的反向状态，而不是短暂的停顿。

努德勒实验室的博士生凯文·杨（Kevin Yang）及其同事开发了一种新技术，可以捕获在持续回溯中挤出的RNA链。这种被称为“远距离切割测序（LORAX-seq）”的技术可以读取RNA的密码，以确定哪些基因在转录过程中容易出现这种明显的停顿。他们开发了这种方法，以更好地检测回溯事件，他们能够找到数千个以前的方法可能会错过的事件。

叶夫根尼·努德勒表示：“我们第一次系统地绘制了回溯事件的地图。不仅仅是任何回溯事件，而是那些广泛的，聚合酶长距离回溯的事件，会被困很长时间。”

虽然，研究小组预计会发现回溯事件，但他们没有预料到这些事件会如此普遍。他们观察到许多参与RNA合成蛋白质的基因出现了倒退；调节细胞分裂；复制和包装DNA。

持续回溯的热点出现在基因启动子和剪接点附近，基因启动子是RNA聚合酶开始转录的地方，剪接点是RNA被修剪以去除制造蛋白质不需要的部分。

但回溯的作用究竟是什么？研究人员提出了一个有趣的理论：回溯可能有助于RNA聚合酶，以及基因转录所需的数百种其他蛋白质，在启动子处“暂停”，然后在需要时立即开始泵出RNA。在细胞分裂等需要大量蛋白质的过程中，回溯可以使基因在瞬间迅速激活。

然而，研究人员指出，“回溯和拼接之间的关系，仍然没有解决。”因此，尚不清楚回溯是否在剪接位点起作用。

研究人员还观察到，编码组蛋白（DNA像线轴一样缠绕的蛋白质）的基因非常容易回溯。在细胞分裂过程中，DNA自我复制后，这些基因需要非常活跃，因此，这种回溯可能有助于确定它们在该过程中特定时刻的激活时间。

随着 LORAX-seq 被确立为一种检测回溯的新方法，该方法现在可以用于研究这种类型的基因调控在人类疾病（如癌症、衰老，以及更广泛地说，任何使细胞处于压力下的过程）中所起的作用。

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