DNA通常被认为是“生命的蓝图”，它包含了构建细胞生存和正常功能所需的蛋白质的指令。但DNA并不完美，在复制过程中可能会出现错误。有时，这可能会导致DNA组成部分的片段——G鸟嘌呤)、A(腺嘌呤)、T(胸腺嘧啶)、C(胞嘧啶)——连续重复太多次。

这可能导致一种被称为核苷酸重复扩增的突变，这种突变可以改变重要蛋白质的功能和结构，并可能导致罕见的神经退行性疾病，如亨廷顿氏病和肌萎缩性侧索硬化症(ALS)。

怀特黑德研究所的成员Ankur Jain，研究生Rachel Anderson和他们的同事进行了一项新的研究，他们仔细研究了与亨廷顿舞蹈病有关的重复序列——CAG重复序列——是如何导致异常蛋白质的产生的，这些蛋白质在细胞内错误折叠和聚集，阻塞了重要的细胞过程。

他们的研究结果发表在1月30日的《分子细胞》杂志上，揭示了扩展的CAG重复序列可以干扰剪接。如下图所示，这是RNA中不编码蛋白质的部分(也称为内含子)被切除的过程。剩下的部分，称为外显子，然后连接在一起，形成最终的信使RNA，携带构建蛋白质的指令。

根据研究人员的说法，扩展的CAG重复产生了新的标记，或剪接受体位点，这导致遗传信息的剪切和粘贴发生在不同于通常的连接处。

“为什么重复扩张障碍患者的大脑中含有虚假蛋白质的问题困扰了科学家们一段时间，”Jain说。“现在，因为我们了解了分子机制，我们可以尝试瞄准剪接途径，减少这些蛋白质的产生。”

展开RNA发夹

RNA不如DNA稳定，常用的RNA分析方法依赖于一种叫做逆转录酶的酶。虽然通常在细胞中，DNA被解读成RNA，但这种酶将RNA分子解读成互补的DNA链(cDNA)。这使得研究人员可以在不破坏遗传信息的情况下仔细分析RNA序列。

但是含有重复序列的RNA的逆转录也有它自己的挑战——这些分子倾向于自我折叠，形成发夹环，当这些环在逆转录过程中没有完全解开时，研究人员就会在cDNA中留下空白和错误。

在这篇新论文中，Jain和Anderson使用了一种不同的方法，灵敏地将含有重复序列的RNA逆转录成cDNA。具体来说，研究人员使用了一种名为TGIRT(耐热型II组内含子逆转录酶)的酶，这种酶在高温下保持活性，使其能够打破发夹结构，并以更高的保真度捕获含有重复序列。

“当你加热鸡蛋时，鸡蛋会变黄，因为鸡蛋中的蛋白质在高温下展开。我们正在利用同样的东西，只不过是RNA结构。”Anderson说。

然后，研究人员开始将这些重复序列绘制到参考基因组上，作为人类遗传信息的指南，但他们很快就遇到了挑战。构成人类基因组的“字母”G-A-T-C以不同的顺序组合在一起，形成我们细胞中的DNA链。

这意味着，人类基因组中的重复模式是不可避免的(基于重复的疾病只有在单个序列(如CAG)连续重复太多次时才会出现)，每种模式可以在基因组中的多个位置出现。因此，确定含有重复序列的RNA的起源就像从没有上下文的碎片句子中重建一个故事。

“这就是我们决定用不同的方法绘制重复序列的时候，”Anderson说。研究人员开发了一种名为SATCfinder的新工具，可以选择至少有三个CAG重复的RNA序列。这些重复序列然后被计算修剪，其余的序列被映射到参考基因组上。在CAG重复序列被追踪之前，这种模式的位置或地图坐标，使研究人员能够准确地找出重复序列应该去的地方。

仔细看看拼接

Jain实验室之前的研究表明，一旦含有重复序列的RNA离开细胞核到达细胞质，它们就会形成凝胶状的团块。

通常，在细胞质中，RNA与细胞机制相互作用，细胞机制寻找RNA上的标记，称为起始密码子，开始翻译构建蛋白质的指令。研究人员推测，含有重复序列的rna可能会扰乱这种机制，影响它翻译来自不同起点的指令。这个过程被称为RAN翻译，可能会导致产生不需要的蛋白质，这些蛋白质不仅容易聚集在一起，而且还会导致细胞质中RNA的粘合。

但是这个解释并不能让Jain和Anderson完全满意，他们想要更多地了解为什么含有重复的RNA首先会导致指令的随意翻译。为了研究这一点，他们创建了一组连续重复240次的模式“CAG”序列。正如他们所预料的那样，当这些序列到达细胞质时，它们开始聚集。

当研究人员对这些细胞进行RNA测序并使用SATCfinder分析结果时，他们找到了答案:RNA中的CAG重复序列经常被缝合到意想不到的序列上，远离DNA中的重复序列，中间区域被切断。这意味着CAG连续多次重复的存在导致在重复序列边缘产生新的剪切和粘贴位点，产生异常的RNA转录本，然后产生错误折叠和聚集在一起的蛋白质。

现在，耆那教实验室的研究人员有兴趣进一步研究扩展的CAG重复序列如何在剪接中诱导错误。他们还希望更多地了解这些剪接错误在多大程度上导致了亨廷顿舞蹈病等疾病的病理变化。

“有一系列机制共同作用，导致亨廷顿舞蹈症的细胞死亡。这是谜团的一部分，有助于我们从分子角度理解这些重复是如何扭曲细胞功能的，”Jain说。

由Whitehead生物医学研究所提供



（文章来源：www.ebiotrade.com/newsf/2024-2）