Science：重磅！RNAi是細胞靜止所必需的

生物谷2016-11-12 19:13:18

　　一些細胞並沒有得到應有的重視。事實上，大多數細胞都沒有。在我們的地球上，99%以上的細胞存在於一種靜止狀態中。捧起一把泥土：它含有上千種微生物，而且當被放置到培養皿中時，幾乎每種微生物都不會生長。這些細胞是有代謝活性的---是的，活的---但是它們不會發生細胞分裂。它們將保持在一種繁殖上的「靜止」狀態，除非在特定條件下被激活從而再次進入細胞周期和準備再次分裂。

　　

　　我們體內的一些重要的細胞事實上是靜止的，如幹細胞、適應性免疫系統細胞和卵母細胞---在通過受精被激活之前女性能夠在幾十年時間內攜帶的卵子。

　　儘管在自然界中，分裂細胞（dividing cell）總是只佔一小部分，但是它們吸引了我們的大部分注意力，其中的原因也不難以想象到。準備好分裂的細胞是那些地球上攜帶所有生命到下一代的細胞。當複製發生混亂時，就像人類癌症發生的那樣，這種基礎的維持生命的過程被轉化為一種威脅存活的武器。

　　如今，在一項新的研究中，在美國冷泉港實驗室教授Robert A. Martienssen的領導下，研究人員提供證據支持一種理論：所有細胞內促進它們複製它們的DNA的機制和能夠讓它們將它們的DNA轉錄為RNA的機制之間存在競爭。Martienssen說，「它是一種不得不管理的內在性選擇，解釋了我們的細胞機器在任何給定的時間正在做的許多事情。」

　　Martienssen團隊報道的證據是作了一下改變，將關注點放在大多數處於沉默狀態的細胞---處於靜止狀態的細胞---后的結果。博士后研究員Benjamin Roche開展實驗，首次證實除非一種被稱作RNA干擾（RNAi）的表觀遺傳機制啟動並運行，不然大多數細胞不能夠在靜止狀態下存活。RNAi和其他表觀遺傳過程在不改變遺傳密碼的情形下，誘導特異性的基因在何處和何時表達發生變化。

　　利用簡單的粟酒裂殖酵母細胞作為一種模式系統，研究人員發現缺乏RNAi的酵母細胞突變體不能夠進入、維持或退出靜止狀態。缺乏RNAi的酵母僅在它們處於分裂的過程中才能夠存活。

　　這提示著如果一種真核細胞保持存活的話，那麼就存在某種關於靜止本身的需要RNAi的東西。因此，探究在存在RNAi功能性的靜止細胞中發生了什麼是有意義的。

　　當一種細胞退出細胞周期因而離開繁殖狀態時，它需要經過重編程以便進入靜止狀態。它們的重編程部分上是通過RNAi完成的，其中RNAi通過導致一種RNA聚合酶物理上從雙螺旋DNA上脫離下來而讓基因發生沉默，而這種RNA聚合酶是在早些時候附著到基因組DNA上的，以便將它翻譯為編碼蛋白的mRNA。

　　RNA集合酶存在多種形式。在進入細胞周期的細胞中，RNA聚合酶II的釋放也具有促進細胞產生被稱作異染色質的高度濃縮區的作用。在高等有機體中，RNAi是一種更加複雜的一旦建立這種異染色質就對它進行沉默的表觀遺傳複合體中的一部分。在缺乏RNAi或RNAi失去功能的細胞中，正常情形下沉默的異染色質會被激活。

　　這項新研究證實缺乏RNAi的細胞不能夠精確地進入或維持靜止狀態，這是因為異染色質區域失去控制，最終殺死細胞本身。

　　Martienssen說，「我們通過遺傳分析發現RNAi不僅與形成和調節異染色質的RNA聚合酶II相互作用，而且也發現在靜止細胞中，正是這種RNAi誘導的RNA聚合酶I---另一種在轉錄期間有活性的酶---釋放能夠讓靜止細胞維持它們的靜止狀態。」

　　特別地，釋放來自rDNA佔據的遺傳物質區域中的RNA聚合酶I才是關鍵之所在。rDNA是編碼協助組成核糖體的RNA的DNA片段。與編碼異染色質的DNA非常相類似的是，rDNA是高度重複性的，而且在整個基因組中存在許多拷貝。RNAi釋放來自rDNA區域的RNA聚合酶I，並且通過這樣做，阻止在維持靜止期間異染色質過度積累。

　　Martienssen說，「這項研究可能解釋了RNAi可能在幹細胞和癌症中發揮的關鍵性作用，其中幹細胞在它們生命的大多數時間裡處於靜止狀態，而癌症畢竟是促進正常情形下處於靜止狀態的細胞開始分裂和擴增而導致的。有趣的是，這種轉變經常伴隨著RNAi突變。」