科学家们刚刚发现了细胞控制基因的一种新方式——这就是所谓的“回溯”

科学家发现，当 DNA 读取酶沿着基因向后移动时，它可能会帮助控制基因何时开启。

人体的大约30万亿个细胞不需要同时打开所有基因。相反，细胞严格控制其基因的活动——最近，科学家们发现了一种以前未知的方式来实现这一壮举。

人类 DNA 大约包含20,000 至 25,000 个基因。为了使细胞正常发挥功能，DNA 中的遗传密码会被一种称为 RNA 聚合酶的酶复制或转录，从而形成一种称为 RNA 的分子。通常，RNA 随后会被翻译成蛋白质，即生命的组成部分。有无数因素决定需要打开哪些基因，例如细胞的类型及其发育阶段。

这项最新研究于二月份发表在《分子细胞》杂志上，描述了一种新发现的细胞控制基因的方法。它被称为回溯，最初被认为是对 DNA 断裂的反应，但现在人们正在研究它在基因调控中的作用。

1997 年发现的回溯是一个过程，其中 RNA 聚合酶在读取基因时不是沿着 DNA 向前移动，而是向后移动并暂停。然后这种停止现象消失，酶可以再次前进，产生 RNA。

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“早期，人们认为一旦 RNA 聚合酶开始转录，它就会毫无问题地完成转录，”纽约大学兰格尼健康中心的生物化学教授 Evgeny Nudler 告诉 Live Science。 “然而，多年来，他们意识到情况要复杂得多。” Nudler 和同事于 1997 年发表了第一篇关于回溯的论文。

当RNA聚合酶回溯一小段距离时，它会挤出一条新形成的RNA链，导致转录过程暂停。这种挤出的 RNA 通常会被酶切断，为 RNA 聚合酶继续前进留下清晰的路径。

然而，有时，聚合酶会向后移动更长的距离，并且挤出的 RNA 会堵塞那些切割酶通常剪切的位点。有了这个障碍，聚合酶就会在较长时间内停留在回溯状态，而不是仅仅暂停一小会儿。

Nudler 实验室的博士生 Kevin Yang 及其同事开发了一种新技术来捕获持续回溯中挤出的 RNA 链。这项技术被称为长程切割测序（LORAX-seq），它可以读取 RNA 的代码，以确定哪些基因在转录过程中容易出现这种明显的问题。他们开发这种方法是为了更好地检测回溯事件，并且能够发现以前方法可能遗漏的数千个事件。

“他们有一种非常优雅的方法，可以非常具体地挑选和识别长期回溯的案例，”科罗拉多大学教授大卫·本特利（David Bentley）没有参与这项研究，告诉《生活科学》。 “因此，即使它们非常罕见，他们也有一种非常强大的方法可以将它们拉出来。”

“我们第一次系统地绘制了回溯事件的地图，”纳德勒告诉《生活科学》。 “不仅仅是任何回溯事件，而且那些广泛的、聚合酶长距离回溯的事件也会被卡住很长时间。”

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虽然团队预计会发现回溯事件，但他们没有预料到这些事件会如此普遍。他们观察到许多参与从 RNA 制造蛋白质的基因发生了回溯。调节细胞分裂；以及复制和包装DNA。

持续回溯的热点出现在基因启动子附近，基因启动子是RNA聚合酶开始转录的地方，也是剪接位点，RNA在剪接位点被修剪以去除制造蛋白质不需要的部分。

但回溯的作用到底是什么？研究人员提出了一个有趣的理论：回溯可能有助于 RNA 聚合酶以及基因转录所需的数百种其他蛋白质在启动子处“暂停”，然后在需要时立即开始泵出 RNA。在细胞分裂等需要大量蛋白质的过程中，回溯可以允许基因在瞬间快速激活。

然而，Bentley 指出，“我想说，回溯和拼接之间的关系仍未解决。”因此，尚不清楚回溯是否在剪接位点发挥作用。

研究人员还观察到，编码组蛋白（DNA 像线轴一样缠绕的蛋白质）的基因非常容易出现回溯。在细胞分裂过程中 DNA 自我复制后，这些基因需要非常活跃，因此这种回溯可能有助于确定它们在该过程中特定时刻的激活时间。

随着 LORAX-seq 成为一种检测回溯的新方法，该方法现在可用于研究此类基因调控在癌症、衰老等人类疾病以及更广泛的任何使细胞处于压力下的过程中发挥的作用。

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