Nature:DNA复制与转录的"碰撞"

2011-03-01

生物体的基因组存储着生物体赖以生存和繁衍的遗传信息，因此维护DNA分子的完整性对与细胞至关重要。在生命过程中，外界环境和生物体内部的因素都经常会导致DNA复制过程中发生错误或引起DNA损伤，如果DNA的损伤或遗传信息的改变不能更正，则有可能影响体细胞的功能或生存导致人类多种疾病例如癌症的发生。

近日在一项最新的研究中英国诺丁汉大学的研究人员发现在DNA的复制过程中发生错误的风险几率远比科学家们原来认为的更高。这一新研究发现或将改变科学家们对基因表达、DNA复制和DNA损伤修复间相互作用的认识。相关研究论文在线发表于2月24日的《自然》(Nature)杂志上。

众所周知DNA的复制以及转录是生物体中两种重要的传递遗传信息的方式。DNA的复制具有半保留复制和半不连续复制的特征。在DNA的复制过程中DNA前导链(leading strand)沿着与复制叉一致的方向从3’—>5’方向进行连续复制，而DNA的滞后链(lagging strand)则以与复制叉移动相反的方向通过不连续合成形成许多不连续的冈崎片段，最后连成一条完整的DNA链。在转录的过程中，DNA链的反转录方向是从3’端向5’端，因而在滞后链上DNA复制物与转录物正面相遇常有可能导致复制叉阻滞和基因组结构失稳。在过去的研究中，科学家们证实生物体内大多数基因尤其是必需及高转录基因例如细菌中的高表达核糖体RNA基因通常都通过前导链进行编码表达，从而确保了转录和复制的同向性。然而在细菌中由于DNA复制比率比转录比率要高10-20倍，复制物和转录物的通向相遇似乎也不可避免。一直以来科学家们都认为同向相遇是无害的。

在这篇文章中，诺丁汉大学化学学院的生物化学系教授Panos Soultanas领导的科研小组在活体内证实复制与转录的同向相遇也能破坏DNA复制。研究人员在快速生长的枯草杆菌中发现高转染的rRNA基因是复制和转录发生同向相遇的热区。他们观察到在正面以及同向相遇发生时复制解旋酶和复制重启蛋白均关联性地呈现转录依赖性的表达增高，表明在活体中复制和转录之间的同向相遇同样存在冲突。在进一步的研究中，Panos Soultanas等证实在DNA的复制过程中发生正向和同向冲突时，复制重启蛋白发挥着重要的维持DNA复制进程的作用。而当复制重启蛋白的功能发生异常时则可促使发生错误的风险增高，甚至在某些情况下导致疾病的发生。

Soultanas教授说：“由于复制的效率要远高于转录，当复制物与转录物彼此靠近时则可能阻碍DNA的复制进行，当机体无法对此进行调控时则可能导致错误发生。因此，DNA复制重启机制对于细胞精确地复制遗传物质起着至关重要的作用。”

英国生物技术与生物科学研究委员会(BBSRC)的首席执行官Douglas Kell教授表示：“这是一个令人感到兴奋的发现。生物科学是一种独特的学科，其中的一些关键的理念、工具、技术和进程总是可以应用到超越课题本身更广阔的范围。基因表达、DNA复制和DNA损伤修复之间的相互作用就是这样一个例子。这一研究结果将有潜力推动BBSRC多个方向上研究的开展。”

Nature:DNA复制与转录的"碰撞"

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