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在人體中的任何時間，在大約 30 萬億個細胞中，DNA 都被“讀取”為信使 RNA (mRNA) 分子，這是 DNA 和蛋白質(zhì)之間的中間步驟，這一過程稱為轉(zhuǎn)錄。   科學家們對轉(zhuǎn)錄是如何開始的有很好的理解：稱為 RNA 聚合酶的蛋白質(zhì)被募集到 DNA 分子的特定區(qū)域，并開始沿著 DNA 鏈移動，并合成 mRNA 分子。  但部分過程尚不清楚：細胞如何知道何時停止轉(zhuǎn)錄？

現(xiàn)在，在一項新研究中，來自懷特黑德生物醫(yī)學研究所和麻省理工學院的研究人員發(fā)現(xiàn)，RNA 分子通過反饋回路調(diào)節(jié)自身的形成。  當 RNA 分子太少時，細胞會啟動轉(zhuǎn)錄以產(chǎn)生更多的 RNA 分子。  然而，在某個閾值下，過多的 RNA 分子會導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄停止。  該研究結(jié)果在線發(fā)表在知名期刊《cell》上，標題為“RNA-Mediated Feedback Control of Transcriptional Condensates”。

圖 1. 轉(zhuǎn)錄凝聚物的 RNA 介導(dǎo)反饋控制模型

以前的研究工作集中在轉(zhuǎn)錄凝聚物上，轉(zhuǎn)錄凝聚物是將 DNA 轉(zhuǎn)錄成 RNA 所需的分子聚集在一起的小轉(zhuǎn)錄液滴。  轉(zhuǎn)錄凝聚物可以將大量轉(zhuǎn)錄因子、輔因子和 RNA Pol II 區(qū)分開來并集中在超級增強子上，增強子簇在細胞身份中調(diào)節(jié)具有重要作用的基因。   這些基因的組分增強子元件通過在高于明確定義的凝聚物形成閾值的密度下聚集轉(zhuǎn)錄因子和介質(zhì)來促進轉(zhuǎn)錄凝聚物的形成。   轉(zhuǎn)錄凝聚物是高度動態(tài)的，可以在活細胞中觀察到，在幾秒到幾分鐘的時間范圍內(nèi)形成和溶解。   動態(tài)轉(zhuǎn)錄凝聚物的周期性形成和溶解，以及在轉(zhuǎn)錄的不同階段產(chǎn)生不同種類和水平的 RNA 的證據(jù)，使研究人員懷疑轉(zhuǎn)錄凝聚物是否受其 RNA 產(chǎn)物介導(dǎo)的非平衡反饋機制的調(diào)節(jié)。

RNA 分子是多種生物分子縮合物的組成部分并在其中發(fā)揮調(diào)節(jié)作用。  凝聚物被認為是由一系列低親和力分子相互作用形成的，包括靜電相互作用，而 RNA 可以是由靜電力形成和維持的凝聚物的強大調(diào)節(jié)劑。  該研究表明，轉(zhuǎn)錄是一個非平衡過程，它通過其 RNA 產(chǎn)物提供動態(tài)反饋。   結(jié)果支持了一個模型，其中 RNA 通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄凝聚物中的靜電相互作用提供對轉(zhuǎn)錄的正反饋和負反饋。  轉(zhuǎn)錄凝聚物的形成涉及通過增強子 DNA 和靜電以及轉(zhuǎn)錄因子的 IDR 和共激活劑之間的其他相互作用來聚集轉(zhuǎn)錄因子，使 RNA 促進和溶解凝聚物。  在這個 RNA 反饋模型中，轉(zhuǎn)錄起始過程中產(chǎn)生的低水平短 RNA 促進了轉(zhuǎn)錄凝聚物的形成，而延伸過程中產(chǎn)生的高水平長 RNA 會導(dǎo)致凝聚物的溶解。

研究人員認為，了解RNA在細胞中的這種新作用可能為治療多種疾病提供信息。  對 RNA 行為的更深入了解可能為更廣泛的治療提供信息。  在過去的 10 年中，已經(jīng)開發(fā)了多種藥物，并成功地直接靶向 RNA。  了解 RNA 分子如何調(diào)節(jié)基因表達為疾病中的基因紊亂和靶向 RNA 的新療法之間架起了一座橋梁。