新发现表明人类细胞可以将RNA序列写入DNA

细胞包含一种机制，可以将DNA复制成一组新的DNA，然后进入新形成的细胞。同一类机器，称为聚合酶，也构建RNA信息，这些信息就像从食谱的中央DNA存储库复制的注释，因此它们可以更有效地读取到蛋白质中。但是聚合酶被认为只在一个方向上起作用——DNA进入DNA或RNA。这可以防止RNA信息被重写回基因组DNA的主食谱。现在，托马斯杰斐逊大学的研究人员提供了第一个证据，证明RNA片段可以被写回DNA，这可能会挑战生物学的中心教条，并可能对生物学的许多领域产生广泛影响。

Thomas Jefferson大学生物化学和分子生物学副教授Richard Pomerantz博士说:“这项工作为许多其他研究打开了大门，这些研究将帮助我们理解在我们自己的细胞中将RNA信息转化为DNA的机制的重要性。”“人类聚合酶可以高效地做到这一点，这引发了许多问题。”例如，这一发现表明，RNA信息可以用作修复或重写基因组DNA的模板。

这项研究发表在6月11日的杂志上科学的进步。

Pomerantz博士的团队与第一作者古鲁尚卡尔·钱德拉穆利(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(polymerase theta)。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的大部分工作，为细胞分裂做准备。剩下的11个主要用于检测和修复DNA链断裂或错误。聚合酶可以修复DNA，但很容易出错，会产生很多错误或突变。因此，研究人员注意到，聚合酶theta的一些“坏”特性是它与另一种细胞机器共有的，尽管在病毒中更常见——逆转录酶。像Pol theta一样，HIV逆转录酶作为DNA聚合酶，但也可以结合RNA并将RNA读回DNA链。

在一系列精巧的实验中，研究人员测试了聚合酶θ与艾滋病毒逆转录酶的对抗，这是同类实验中研究得最好的之一。他们发现，聚合酶能够将RNA信息转化为DNA，这一点和HIV逆转录酶一样好，而且它实际上比将DNA复制到DNA时做得更好。聚合酶theta在使用RNA模板写入新的DNA信息时比将DNA复制到DNA时效率更高，引入的错误更少，这表明这一功能可能是它在细胞中的主要目的。

该小组与南加州大学陈晓江(Xiaojiang S. Chen)博士的实验室合作，使用x射线晶体学来定义这种分子的结构，并发现这种分子能够改变形状，以适应更大的RNA分子——这是聚合酶中独一无二的壮举。

“我们的研究表明，聚合酶theta的主要功能是充当逆转录酶，”Pomerantz博士说。“在健康细胞中，这种分子的目的可能是rna介导的DNA修复。在不健康的细胞中，如癌细胞，聚合酶高度表达，并促进癌细胞生长和耐药性。进一步了解RNA上的聚合酶θ的活性如何促进DNA修复和癌细胞增殖将是令人兴奋的。”

本研究由NIH资助项目1R01GM130889-01和1R01GM137124-01，以及R01CA197506和R01CA240392资助。这项研究也得到了塔癌症研究基金会的部分资助。