揭示核仁RNA聚合酶II促進核糖體合成

在一項新的研究中，來自加拿大多倫多大學的研究人員發現一種名為RNA聚合酶（Pol）II的酶促進核糖體構成單元（building block）的產生，其中核糖體是根據遺傳密碼制造細胞內所有蛋白的分子機器。相關研究結果于2020年7月15日在線發表在Nature期刊上，論文標題為“Nucleolar RNA polymerase II drives ribosome biogenesis”。

這一發現揭示了這種酶在人細胞內產生核糖體的位點---核仁---中的一個以前不為人知的功能，在此之前人們也從未在核仁中見過這種酶。Pol II是三種RNA聚合酶之一，這三種RNA聚合酶共同能夠讓細胞將遺傳信息從DNA轉移到RNA，再轉移到蛋白。

論文通訊作者、多倫多大學實驗室醫學和病理學教授Karim Mekhail說，“我們的研究重新定義了三種主要RNA聚合酶的分工：將Pol II確定為控制蛋白合成的核仁結構的一種主要因素。這也為其他科學家們提供了一種工具，以便更精確地探究整個基因組中某些核酸結構的功能。”

Mekhail和他的同事們發現，在核仁內，Pol II能夠讓核糖體RNA（rRNA）基因表達---這是制造核糖體的關鍵步驟。他們發現，Pol II產生的R環（R-loop）---雜合DNA-RNA結構---直接保護rRNA基因，使其免受稱為正義基因間非編碼RNA（sense intergenic non-coding RNA, sincRNA）的分子干擾物的影響。

這些干擾物是由Pol I在基因間DNA的非蛋白編碼序列中產生的，它們在各種條件下變得更加活躍：Pol II受到破壞、處于環境壓力下以及在尤文肉瘤中。

Mekhail說，“Pol II對Pol I加以抑制，阻止sincRNA'沉入'核仁。我們在討論這項研究時將這些干擾物的名稱和作用統一起來。”

Mekhail和他的團隊開發了一種新技術來測試染色體上特定位置的R環的功能，他們將它稱為'紅色激光（red laser）'系統。Mekhail說，“這個領域的現有工具會破壞整個基因組上的R環，但是我們想要測試與特定基因位點相關的R環的功能。我們能夠將一項古老的技術變成現代的激光制導導彈，我們仍在努力進一步改進。”

論文共同**作者、多倫多大學博士生Karan (Josh) Abraham在2014年開始參與這個研究項目。Abraham說，“在進行這項研究時，我觀察到Pol II在核仁rDNA基因上富集，這是引人注目的。如果有證據支持另一種模型，每個科學家都有責任挑戰現有的模型。”

論文共同**作者、多倫多大學博士生Negin Khosraviani于2018年加入Mekhail實驗室。她說，團隊合作和時間管理至關重要。她說，“如果沒有我們整個實驗室的幫助和奉獻，我們不可能完成這項研究。與當地和國際合作者的協調也是必不可少的。”

基于這項研究的下一步工作可能包括探索sincRNA和核仁解體作為各種癌癥的生物標志物，以及具有這些特征的腫瘤是否對靶向基因間Pol I或II的藥物作出反應。

Mekhail說，“COVID-19正在造成巨大的災難，不過，其他疾病也并未停止。比如，癌癥仍然猖獗，影響著人們的生活。我們必須做我們能做的事情，并期待盡快在我們取得的進展基礎上再接再厲。”