▎藥明康德內容團隊編輯

近日發表在

Nature Microbiology

上的一項新研究裡，科學家們針對細菌的一項

發現挑戰了現有的基因轉錄知識。

伯明翰大學（University of Birmingham）的研究團隊發現，

原核單細胞生物具有對稱的DNA啟動子，意味著它們的DNA程式碼可以透過“正向”與“反向”兩個方向進行讀取

，

在大多數生物體的細胞中，DNA是所有遺傳資訊的載體，細胞需要透過讀取對應的DNA程式碼行使功能，即以特定的DNA片段作為遺傳資訊模板。遺傳資訊從DNA流向RNA的過程稱為

轉錄

。

20世紀60年代，科學家發現在細胞的DNA序列中，

“啟動子”區域是啟動轉錄的起點

。

啟動子是雙鏈DNA的一部分，它被依賴DNA的RNA聚合酶（RNAP）識別後啟用，從而啟動轉錄，一條基因由此被讀取並被複製為mRNA。

大多數生物體中，啟動子由有序的鹼基序列組成。

長期以來，人們一直認為啟動子序列是有方向性的

，鹼基的排列決定了啟動子朝單一方向驅動轉錄。

雙向啟動子在原核生物中廣泛存在 （圖片來源： 參考資料［2］）

然而，這項新研究發現，

在細菌中超過一半的啟動子是雙向的，意味著它們的DNA可以從兩個方向啟動轉錄。研究人員把這種啟動子起名為“雙向啟動子”，即兩個不同的轉錄起始位點共享相同的啟動子區域，且關鍵位置具有對稱性。

使用基因組規模的篩查方法，研究證明在大腸桿菌基因組中檢測到的所有轉錄起始位點中，有19%是雙向啟動子。

雙向啟動子同樣廣泛存在於其他細菌、古細菌等多樣的原核生物中，並且具有固有的對稱性，即轉錄起始所需的特異性鹼基相互共位於相反的DNA鏈上。

由於DNA序列的對稱性，雙向啟動子具有重疊的鹼基序列片段（圖片來源：參考資料 ［2］）

研究人員指出，真核生物細胞中也存在雙向啟動的現象，但機制與原核生物不同。

在原核生物中，DNA序列對稱性使其啟動子具有雙向性，RNAP可以在任一方向結合相同的DNA片段以啟動轉錄

。這些轉錄起始位點距離很近，通常為18或23個鹼基。相反，在真核生物中每個DNA鏈上的轉錄起始位點的距離相隔數百或數千個基因，沒有重疊的DNA片段。

啟動子雙向性在原核生物和真核生物中基礎不同（圖片來源：參考資料［3］）

這些DNA序列為什麼能夠雙向讀取的確切原因仍需要進一步研究。研究團隊正在考慮的一個假設是，雙向讀取的機制有助於避免與其他序列的讀取“衝突”。換句話說，不同DNA序列的雙向啟動子負責轉錄翻譯不同的mRNA，這在啟動子的之間創造了一個“平衡行為”，即只能有一個RNAP繫結到啟動子，在另一個方向上穩定RNAP的啟用因子會在相反方向上抑制RNAP的結合。

儘管目前的研究主要集中在細菌上，

啟動子的對稱性很可能也存在於人類、動物和其他生物體中

。研究人員下一步將研究更接近人類細胞的酵母細胞中雙向啟動子的讀取與轉錄現象。

該研究主要作者David Grainger教授解釋說：“大多數關於基因訊號的研究都忽略了對稱性，但我們認為這是非常重要的，

代表了一個尚未被研究的調節基因的全新水平。

瞭解基因是如何被讀取的是生物技術許多分支的基礎。例如，許多藥物都依賴於能否控制基因的讀取方式。因此充分了解這些訊號是如何工作的，以及我們如何利用這些知識來改善醫療保健非常重要。”

參考資料：

［1］ Warman， E。 （2021）。 Bacterial promoters - a new direction。 Nature Portfolio Microbiology Community。 https：//naturemicrobiologycommunity。nature。com/posts/bacterial-promoters-a-new-direction

［2］ Warman， E。 A。， et， al。 （2021）。 Widespread divergent transcription from bacterial and archaeal promoters is a consequence of DNA-sequence symmetry。 Nature Microbiology。 Published。 https：//doi。org/10。1038/s41564-021-00898-9

［3

］ Bacterial DNA can be read either forwards or backwards - new study。 May 6， 2021， from https：//www。eurekalert。org/pub_releases/2021-05/uob-bdc050521。php

釋出於：上海