DNA通常被認(rèn)為是“生命的藍(lán)圖”，它包含了構(gòu)建細(xì)胞生存和正常功能所需的蛋白質(zhì)的指令。但DNA并不完美，在復(fù)制過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。有時(shí)，這可能會(huì)導(dǎo)致DNA組成部分的片段——G鳥(niǎo)嘌呤)、A(腺嘌呤)、T(胸腺嘧啶)、C(胞嘧啶)——連續(xù)重復(fù)太多次。
這可能導(dǎo)致一種被稱為核苷酸重復(fù)擴(kuò)增的突變，這種突變可以改變重要蛋白質(zhì)的功能和結(jié)構(gòu)，并可能導(dǎo)致罕見(jiàn)的神經(jīng)退行性疾病，如亨廷頓氏病和肌萎縮性側(cè)索硬化癥(ALS)。
懷特黑德研究所的成員Ankur Jain，研究生Rachel Anderson和他們的同事進(jìn)行了一項(xiàng)新的研究，他們仔細(xì)研究了與亨廷頓舞蹈病有關(guān)的重復(fù)序列——CAG重復(fù)序列——是如何導(dǎo)致異常蛋白質(zhì)的產(chǎn)生的，這些蛋白質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)錯(cuò)誤折疊和聚集，阻塞了重要的細(xì)胞過(guò)程。
他們的研究結(jié)果發(fā)表在1月30日的《分子細(xì)胞》雜志上，揭示了擴(kuò)展的CAG重復(fù)序列可以干擾剪接。如下圖所示，這是RNA中不編碼蛋白質(zhì)的部分(也稱為內(nèi)含子)被切除的過(guò)程。剩下的部分，稱為外顯子，然后連接在一起，形成最終的信使RNA，攜帶構(gòu)建蛋白質(zhì)的指令。
根據(jù)研究人員的說(shuō)法，擴(kuò)展的CAG重復(fù)產(chǎn)生了新的標(biāo)記，或剪接受體位點(diǎn)，這導(dǎo)致遺傳信息的剪切和粘貼發(fā)生在不同于通常的連接處。
“為什么重復(fù)擴(kuò)張障礙患者的大腦中含有虛假蛋白質(zhì)的問(wèn)題困擾了科學(xué)家們一段時(shí)間，”Jain說(shuō)。“現(xiàn)在，因?yàn)槲覀兞私饬朔肿訖C(jī)制，我們可以嘗試瞄準(zhǔn)剪接途徑，減少這些蛋白質(zhì)的產(chǎn)生。”
展開(kāi)RNA發(fā)夾
RNA不如DNA穩(wěn)定，常用的RNA分析方法依賴于一種叫做逆轉(zhuǎn)錄酶的酶。雖然通常在細(xì)胞中，DNA被解讀成RNA，但這種酶將RNA分子解讀成互補(bǔ)的DNA鏈(cDNA)。這使得研究人員可以在不破壞遺傳信息的情況下仔細(xì)分析RNA序列。
但是含有重復(fù)序列的RNA的逆轉(zhuǎn)錄也有它自己的挑戰(zhàn)——這些分子傾向于自我折疊，形成發(fā)夾環(huán)，當(dāng)這些環(huán)在逆轉(zhuǎn)錄過(guò)程中沒(méi)有完全解開(kāi)時(shí)，研究人員就會(huì)在cDNA中留下空白和錯(cuò)誤。
在這篇新論文中，Jain和Anderson使用了一種不同的方法，靈敏地將含有重復(fù)序列的RNA逆轉(zhuǎn)錄成cDNA。具體來(lái)說(shuō)，研究人員使用了一種名為T(mén)GIRT(耐熱型II組內(nèi)含子逆轉(zhuǎn)錄酶)的酶，這種酶在高溫下保持活性，使其能夠打破發(fā)夾結(jié)構(gòu)，并以更高的保真度捕獲含有重復(fù)序列。
“當(dāng)你加熱雞蛋時(shí)，雞蛋會(huì)變黃，因?yàn)殡u蛋中的蛋白質(zhì)在高溫下展開(kāi)。我們正在利用同樣的東西，只不過(guò)是RNA結(jié)構(gòu)。”Anderson說(shuō)。
然后，研究人員開(kāi)始將這些重復(fù)序列繪制到參考基因組上，作為人類遺傳信息的指南，但他們很快就遇到了挑戰(zhàn)。構(gòu)成人類基因組的“字母”G-A-T-C以不同的順序組合在一起，形成我們細(xì)胞中的DNA鏈。
這意味著，人類基因組中的重復(fù)模式是不可避免的(基于重復(fù)的疾病只有在單個(gè)序列(如CAG)連續(xù)重復(fù)太多次時(shí)才會(huì)出現(xiàn))，每種模式可以在基因組中的多個(gè)位置出現(xiàn)。因此，確定含有重復(fù)序列的RNA的起源就像從沒(méi)有上下文的碎片句子中重建一個(gè)故事。
“這就是我們決定用不同的方法繪制重復(fù)序列的時(shí)候，”Anderson說(shuō)。研究人員開(kāi)發(fā)了一種名為SATCfinder的新工具，可以選擇至少有三個(gè)CAG重復(fù)的RNA序列。這些重復(fù)序列然后被計(jì)算修剪，其余的序列被映射到參考基因組上。在CAG重復(fù)序列被追蹤之前，這種模式的位置或地圖坐標(biāo)，使研究人員能夠準(zhǔn)確地找出重復(fù)序列應(yīng)該去的地方。
仔細(xì)看看拼接
Jain實(shí)驗(yàn)室之前的研究表明，一旦含有重復(fù)序列的RNA離開(kāi)細(xì)胞核到達(dá)細(xì)胞質(zhì)，它們就會(huì)形成凝膠狀的團(tuán)塊。
通常，在細(xì)胞質(zhì)中，RNA與細(xì)胞機(jī)制相互作用，細(xì)胞機(jī)制尋找RNA上的標(biāo)記，稱為起始密碼子，開(kāi)始翻譯構(gòu)建蛋白質(zhì)的指令。研究人員推測(cè)，含有重復(fù)序列的rna可能會(huì)擾亂這種機(jī)制，影響它翻譯來(lái)自不同起點(diǎn)的指令。這個(gè)過(guò)程被稱為RAN翻譯，可能會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生不需要的蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)不僅容易聚集在一起，而且還會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)中RNA的粘合。
但是這個(gè)解釋并不能讓Jain和Anderson完全滿意，他們想要更多地了解為什么含有重復(fù)的RNA首先會(huì)導(dǎo)致指令的隨意翻譯。為了研究這一點(diǎn)，他們創(chuàng)建了一組連續(xù)重復(fù)240次的模式“CAG”序列。正如他們所預(yù)料的那樣，當(dāng)這些序列到達(dá)細(xì)胞質(zhì)時(shí)，它們開(kāi)始聚集。
當(dāng)研究人員對(duì)這些細(xì)胞進(jìn)行RNA測(cè)序并使用SATCfinder分析結(jié)果時(shí)，他們找到了答案:RNA中的CAG重復(fù)序列經(jīng)常被縫合到意想不到的序列上，遠(yuǎn)離DNA中的重復(fù)序列，中間區(qū)域被切斷。這意味著CAG連續(xù)多次重復(fù)的存在導(dǎo)致在重復(fù)序列邊緣產(chǎn)生新的剪切和粘貼位點(diǎn)，產(chǎn)生異常的RNA轉(zhuǎn)錄本，然后產(chǎn)生錯(cuò)誤折疊和聚集在一起的蛋白質(zhì)。
現(xiàn)在，耆那教實(shí)驗(yàn)室的研究人員有興趣進(jìn)一步研究擴(kuò)展的CAG重復(fù)序列如何在剪接中誘導(dǎo)錯(cuò)誤。他們還希望更多地了解這些剪接錯(cuò)誤在多大程度上導(dǎo)致了亨廷頓舞蹈病等疾病的病理變化。
“有一系列機(jī)制共同作用，導(dǎo)致亨廷頓舞蹈癥的細(xì)胞死亡。這是謎團(tuán)的一部分，有助于我們從分子角度理解這些重復(fù)是如何扭曲細(xì)胞功能的，”Jain說(shuō)。
由Whitehead生物醫(yī)學(xué)研究所提供
（文章來(lái)源：www.ebiotrade.com/newsf/2024-2） | 
