Nature：重大进展！揭示核仁RNA聚合酶II促进核糖体合成

作者：王韵壹、李英、熊慧卿

2020年7月22日讯/生物谷BIOON/---在一项新的研究中，来自加拿大多伦多大学的研究人员发现一种名为RNA聚合酶（Pol）II的酶促进核糖体构成单元（building block）的产生，其中核糖体是根据遗传密码制造细胞内所有蛋白的分子机器。相关研究结果于2020年7月15日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“Nucleolar RNA polymerase II drives ribosome biogenesis”。

图片来自Nature, 2020, doi:10.1038/s41586-020-2497-0。

这一发现揭示了这种酶在人细胞内产生核糖体的位点---核仁---中的一个以前不为人知的功能，在此之前人们也从未在核仁中见过这种酶。Pol II是三种RNA聚合酶之一，这三种RNA聚合酶共同能够让细胞将遗传信息从DNA转移到RNA，再转移到蛋白。

论文通讯作者、多伦多大学实验室医学和病理学教授Karim Mekhail说，“我们的研究重新定义了三种主要RNA聚合酶的分工：将Pol II确定为控制蛋白合成的核仁结构的一种主要因素。这也为其他科学家们提供了一种工具，以便更精确地探究整个基因组中某些核酸结构的功能。”

Mekhail和他的同事们发现，在核仁内，Pol II能够让核糖体RNA（rRNA）基因表达---这是制造核糖体的关键步骤。他们发现，Pol II产生的R环（R-loop）---杂合DNA-RNA结构---直接保护rRNA基因，使其免受称为正义基因间非编码RNA（sense intergenic non-coding RNA, sincRNA）的分子干扰物的影响。

这些干扰物是由Pol I在基因间DNA的非蛋白编码序列中产生的，它们在各种条件下变得更加活跃：Pol II受到破坏、处于环境压力下以及在尤文肉瘤中。

Mekhail说，“Pol II对Pol I加以抑制，阻止sincRNA'沉入'核仁。我们在讨论这项研究时将这些干扰物的名称和作用统一起来。”

Mekhail和他的团队开发了一种新技术来测试染色体上特定位置的R环的功能，他们将它称为'红色激光（red laser）'系统。Mekhail说，“这个领域的现有工具会破坏整个基因组上的R环，但是我们想要测试与特定基因位点相关的R环的功能。我们能够将一项古老的技术变成现代的激光制导导弹，我们仍在努力进一步改进。”

论文共同第一作者、多伦多大学博士生Karan (Josh) Abraham在2014年开始参与这个研究项目。Abraham说，“在进行这项研究时，我观察到Pol II在核仁rDNA基因上富集，这是引人注目的。如果有证据支持另一种模型，每个科学家都有责任挑战现有的模型。”

论文共同第一作者、多伦多大学博士生Negin Khosraviani于2018年加入Mekhail实验室。她说，团队合作和时间管理至关重要。她说，“如果没有我们整个实验室的帮助和奉献，我们不可能完成这项研究。与当地和国际合作者的协调也是必不可少的。”

基于这项研究的下一步工作可能包括探索sincRNA和核仁解体作为各种癌症的生物标志物，以及具有这些特征的肿瘤是否对靶向基因间Pol I或II的药物作出反应。

Mekhail说，“COVID-19正在造成巨大的灾难，不过，其他疾病也并未停止。比如，癌症仍然猖獗，影响着人们的生活。我们必须做我们能做的事情，并期待尽快在我们取得的进展基础上再接再厉。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

1.Karan J. Abraham et al. Nucleolar RNA polymerase II drives ribosome biogenesis. Nature, 2020, doi:10.1038/s41586-020-2497-0.

2.Scientists uncover key process in the manufacture of ribosomes and proteins
https://phys.org/news/2020-07-scientists-uncover-key-ribosomes-proteins.html