Science Advances|挑战生物教科书，新发现表明人类细胞可以将RNA序列写入DNA

细胞中含有一种将DNA复制到新细胞中的机制。同一类被称为聚合酶的机器，也可以构建RNA信息，就像从配方的中央DNA库复制的笔记，这样它们就可以更有效地读入蛋白质。但是聚合酶被认为只在一个方向上起作用，DNA转化为DNA或RNA。这防止了RNA信息被重写回基因组DNA的主食谱。现在，托马斯.的研究人员提供了第一个证据，RNA片段可以被写入DNA中，这可能对生物学的中心法则提出挑战，并且可能对生物学的许多领域产生广泛的影响。

托马斯.的生物化学和分子生物学副教授Richard Pomerantz博士说：“这项研究打开了许多其他研究的大门，这将有助于我们理解在我们自己的细胞中有一种将RNA信息转化为DNA的机制的重要性。”人类聚合酶能够高效地完成这一任务的现实，引发了许多问题。“例如，这一发现表明，RNA信息可以作为修复或重写基因组DNA的模板。

这项研究发表在6月11日的《科学进步》杂志上。

Pomerantz博士的团队与第一作者Gurushankar Chandramouly和其他合作者一起，开始研究一种非常不寻常的聚合酶，称为聚合酶theta。

图1 Polθ显示出逆转录酶活性。

在哺乳动物细胞中的14种DNA聚合酶中，只有3种完成了复制整个基因组为细胞分裂做准备的大部分工作。剩下的11人主要负责检测和修复DNA链中的断裂或错误。多聚酶θ修复DNA，但非常容易出错，会产生许多错误或突变。因此，研究人员注意到，多聚酶θ的一些“坏”特性与另一种细胞机器相同，尽管在逆转录酶病毒中更为常见。像Pol theta一样，HIV逆转录酶起DNA聚合酶的作用，但也能结合RNA并将RNA读回DNA链。

在一系列优雅的实验中，研究人员测试了聚合酶θ（polymerase theta）对HIV逆转录酶的抑制作用，这是同类研究中最好的一种。他们发现，聚合酶θ能够将RNA信息转化为DNA，这一点和HIV逆转录酶一样，而且它实际上比将DNA复制到DNA时做得更好。当使用RNA模板书写新的DNA信息时，聚合酶theta比将DNA复制到DNA中时效率更高，错误更少，这表明这一功能可能是它在细胞中的主要用途。

小组与小江博士合作。陈的实验室在南加州大学和使用X射线结晶学来定义结构，发现这个分子能够改变形状，以适应更庞大的RNA分子-一个独特的壮举聚合酶。

“我们的研究表明，聚合酶θ的主要功能是作为一种逆转录酶，”Pomerantz博士说在健康细胞中，这种分子的作用可能是RNA介导的DNA修复。在不健康的细胞中，如癌细胞，多聚酶θ高表达，促进癌细胞生长和耐药性。进一步了解聚合酶θ在RNA上的活性如何促进DNA修复和癌细胞增殖将是令人兴奋的。”

More information: Polθ reverse transcribes RNA and promotes RNA-templated DNA repair, Science Advances (2021). DOI: 10.1126/sciadv.abf1771

Journal information: Science Advances

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