校对分子牵引RNA以确保蛋白质生产的准确性

如果你想象一个细胞作为一个房子，蛋白质生产可以是一个相当相关的工程壮举。主蓝图(DNA)包含有关内容的所有信息。如果您只想构建一个门(蛋白质)，您只需要蓝图的特定部分(信使RNA或mRNA)的副本。然而，在细胞中，原始mRNA拷贝含有与最终蛋白质无关的额外物质。为了去除这些多余的块，细胞使用称为剪接的过程，其中原始mRNA被切割并以替代方式缝合在一起以产生蛋白质的确定蓝图。

剪接是一种重要的生物学机制 - 至少15%的人类疾病，包括一些癌症和神经退行性疾病，都涉及剪接错误。选择性剪接还显着增加了单个基因可以编码的蛋白质的数量，并且被认为解释了为什么例如人类比蠕虫更复杂，即使我们共享大致相似数量的基因。

现在，芝加哥大学的科学家们已经发现两种酶在确保剪接过程中的质量控制方面起着关键作用。在2月25日发表于Cell的一项研究中，他们发现这些分子最有可能对RNA施加物理张力，以防止错误的部位被切割。此操作不仅可以防止拼接错误，还可以选择可选的拼接网站。

芝加哥大学分子遗传学和细胞生物学教授，资深研究作者Jonathan Staley博士说：“这些校对酶有效地拉动和拉伸RNA，通过远距离的作用，可以从剪接机器中提取次优位点。” 。“这表明了一种调节剪接位点选择的新机制，并将观点转移到这类蛋白质的可能活动领域。它们可以移动RNA，而不仅仅像我们之前想象的那样移动它。”

DNA的双链结构有点类似于拉链，牙齿代表遗传密码的字母。对于要访问和读取的代码，一类称为解旋酶的酶的功能类似于拉链滑块以分离两条链。解旋酶也需要“解链”RNA，尽管是单链的，但也可以形成双螺旋。Staley和他的团队之前已经展示了两种RNA特异性解旋酶Prp16和Prp22，它们在校正剪接的两种化学反应中起作用。但他们采取行动的机制尚不清楚。

基于先前关于Prp16和Prp22如何表现的研究，他们猜测通过沿原始mRNA链移动来校正解旋酶。如果遇到剪接体 - 负责在剪接过程中切割和重组mRNA的分子机器 - 在错误的位置，则解旋酶会将剪接体从RNA链上敲下，防止不正确的切割。

虽然实验支持解旋酶运动，但他们排除了解旋酶从RNA敲除剪接体的可能性。研究小组使用了一种技术，用一种技术将DNA的一小段RNA与DNA交换出来，这可以作为Prp16和Prp22运动的屏障。当片段位于剪接体附近时，解旋酶仍然能够防止不正确的剪接。但是如果段位于更远的位置，则会发生错误的拼接。

Staley和他的团队提出，对于解旋酶校正能力的最可能的解释是对RNA链的物理张力。而不是直接从不正确的剪接位点敲除剪接体，解旋酶将该位点拉离剪接体。

斯塔利说：“我们的测试并不支持解旋酶正在翻转和移除剪接体的想法，这表明他们不需要直接去他们的目标上行动。” “这促使我们提出了一种替代模式，在某种程度上......让我想起了狭义相对论，并要求我们改变我们的参考框架。”

研究人员还发现Prp16和Prp22在允许剪接体寻找替代剪接位点方面发挥了重要作用。例如，他们设计原始mRNA的方式允许剪接体定位进行初始切割，但由于部位不足而停止。然而，尽管如此，他们发现剪接体在其任务的每一步都进行 - 不是在他们最初禁用的RNA的位点，而是在之前没有人观察到的位点。当Prp16完全从剪接体中移除时，不会发生这种可变剪接。如果重新加入，则恢复选择性拼接。Prp22表现出类似的行为。

“我们发现这些解旋酶可以防止在一个位点进行剪接，但可以在另一个位点进行剪接，”Staley说。“这是第一个证据表明它们像选择性剪接因子一样起作用，并在一个基因产生多种蛋白质产物的过程中发挥作用。”

虽然仍然是正在进行的研究的主题，但研究人员认为，剪接体强烈地被吸引到最佳剪接位点而弱到不正确的剪接位点。当解旋酶拉动RNA链时，次优位点很容易脱落，而最佳位点保持稳定足够长的时间以进行剪接。

他们现在正在努力验证这个模型，以及查看操作过程的方法。RNA解旋酶在整个生命树中是进化上保守的，并且在一些情况下可能在人类致病因子如丙型肝炎病毒，登革热病毒和寨卡病毒中起重要作用。“例如，这些解旋酶在组装丙型肝炎病毒方面发挥的作用不明确，但这项研究表明，他们可能像吮吸意大利面条的孩子一样将RNA转入病毒颗粒，”Staley说。

“在剪接过程中距离正确位点仅一个核苷酸的错误可能会破坏基因表达并对细胞产生破坏性影响，”他补充道。“我们的工作意味着可以抑制解旋酶，并且可选择的剪接途径中断，因此我们非常热衷于寻找这些分子中与疾病相关的突变。”