Science: 遗留30亿年的进化“缺陷”终被纠正 RNV校功

邓文龙

Science: 遗留30亿年的进化“缺陷”终被纠正
使RNA病毒逆转录酶校对功能

来源：药明康德

2016-06-30 10:53

作为生命主要的遗传信息载体，RNA已经有至少30亿年的历史了。不过，一个“隐隐作痛”的缺陷似乎始终萦绕在RNA传递遗传信息的工作中——在以RNA为模板合成DNA链的逆转录过程中，催化这一过程所需的逆转录酶竟没有校对功能。

相比之下，当DNA分子自我复制时，以5’到3’方向合成新生DNA链的DNA聚合酶会同时对复制的准确性进行校对。如果DNA聚合酶发现新生的DNA链上存在复制差错，它便会马上激活其核酸内切酶的功能，将DNA复制的过程“推倒重来”。这时，DNA聚合酶会以3’到5’的方向消化新生DNA链，直到清除那个复制错误的碱基，然后再重启以5’到3’为方向DNA复制。显然，这种校对机制对于保证遗传信息传递的精确性和忠实性至关重要。

▲DNA复制中的校对机制

然而，该校对功能在逆转录酶中却是缺失的，这极大地影响到了RNA病毒的扩增过程。RNA病毒指的就是以RNA为遗传物质的病毒，包括艾滋病病毒、SARS病毒、禽流感病毒和埃博拉病毒等为人所熟知的名字。在扩增时，这些病毒必须首先将自己的RNA逆转录为DNA，然后再以DNA为模板合成大量新的RNA链，作为新生病毒的遗传物质。因此，由于没有校对功能，这些RNA病毒在自我扩增的过程中会产生大量复制错误，从而在新生的病毒中产生较多的变异。这一特征很可能是当今所有RNA病毒们的一个共同祖先偶然遗留下来的，也就是所谓“奠基者效应”的结果。

然而，这一看似有害的缺陷实则给了RNA病毒不小的生存优势。RNA病毒不断的变异会给宿主的免疫系统带来难题，使其难以识别新生病毒并对其发起攻击。



▲病毒复制中的逆转录

另一方面，逆转录酶的这一缺陷也给科学家们带来了麻烦。如今，逆转录酶已经成了实验室中的常用工具，被广泛应用于基因表达分析等研究中。因此，逆转录酶在工作中的“粗心大意”给相关RNA的序列鉴定和准确扩增等带来了困难，阻碍了不少重要疾病的研究。

不过，这一长达30亿年的“错误”如今终于的得到了解决。来自美国德州大学奥斯丁分校的科学家们采用了定向进化的方法，将一个来自原核生物的DNA聚合酶成功改造成了一个逆转录酶，并保留了原DNA聚合酶的校对功能，用于以RNA为模板合成DNA的过程中。这一名叫RTX（reverse transcription xenopolymerase）的酶可将逆转录合成的精确性提高。不仅如此，RTX还可用于逆转录聚合酶链式反应（RT-PCR），以及无需DNA分离步骤的RNA测序。这说明，校对机制本身是可以与逆转录过程相容的。该成果发表在最近的《Science》期刊上。

“有了校对功能，我们的新型逆转录酶便可显着提高RNA测序的精确性，”文章的通讯作者Jared W. Ellefson博士说道：“如果不能忠实读取RNA上的遗传信息，我们将无法借此准确了解到细胞内部的真实运作情况。这种差错可能会让研究者得出错误的科学或诊断结论。”

▲Andy Ellington教授

“随着个体化医疗时代的到来，每个人的转录信息都将可被很容易地读取，这使RNA测序的准确性显得尤为重要，”文章的另一通讯作者Andy Ellington教授表示：“其重要性就在于，我们将能够通过对RNA转录组的解读，获得大量的基因组中有关RNA转录的信息，涉及到几乎所有的生理过程。这意味着，基于基因组信息做出的诊断结论将变得更加准确。”（生物谷Bioon.com）

参考资料：

[1] Fix for 3-billion-year-old genetic error could dramatically improve genetic sequencing

[2] Synthetic evolutionary origin of a proofreading reverse transcriptase



http://news.bioon.com/article/6684986.html