發表在最新一期的《科學》雜誌上的一篇重要研究論文，可能將使生物學教科書改寫，新研究揭示了關鍵細胞過程背後的秘密。
這一發現涉及到生命必不可少的關鍵過程：基因表達的轉錄階段，使細胞能夠生存並完成其工作。這項新的研究發現並描述了一個細胞過程，該研究首次描述了Rho蛋白如何真正終止基因表達。
在轉錄過程中，一種稱為RNA聚合酶的酶將自身包裹在DNA的雙螺旋結構中，使用一條鏈與核苷酸匹配以形成遺傳物質的副本，導致新合成的RNA鏈在轉錄完成後斷裂。 RNA可以產生蛋白質，這對於所有生命都是必不可少的，並可以在細胞內完成大部分工作。
就像任何連貫的信息一樣，RNA需要在正確的位置啟動和停止才能有意義。50年前發現了一種叫做Rho的細菌蛋白，因為它具有停止或終止轉錄的能力。在每本教科書中，Rho都用作模型終止子，利用其強大的動力，它可以與RNA結合併從RNA聚合酶中抽出。但是，這些科學家仔細觀察後發現，Rho無法使用教科書機制找到需要釋放的RNA。
該研究的第一作者、俄亥俄州立大學微生物學教授Irina Artsimovitch說。「我們開始研究Rho，並意識到它不可能以人們告訴我們的方式起作用。」
該研究確定Rho不是在轉錄即將結束時附著在特定的RNA片段上並幫助其從DNA上解脫出來，而是在整個過程中實際上「搭便車」轉錄RNA聚合酶。Rho與其他蛋白質協同作用，最終通過一系列結構改變哄騙酶，這些結構改變以無活性狀態結束，從而釋放了RNA。
該團隊使用複雜的顯微鏡揭示了Rho如何作用於由RNA聚合酶和兩個伴隨轉錄過程的輔助蛋白組成的完整轉錄複合體。
如圖所示核糖核酸，前mRNA的髮夾環。突出顯示的是核鹼基（綠色）和核糖磷酸骨架（藍色）。值得注意的是，這是一條單鏈RNA，其自身會折回。
「它回答了一個基本問題：轉錄對於生活至關重要，但是如果不加以控制，將無濟於事。」 RNA聚合酶本身必須完全是中性的。它必須能夠製造任何RNA，包括已損壞或可能損害細胞的RNA。在用RNA聚合酶旅行時，Rho可以判斷合成的RNA是否值得製造-如果不值得，Rho會釋放它。」
關於RNA聚合酶如何成功完成轉錄，該研究取得了許多重要發現。眾所周知，Rho可以沉默細菌中毒力基因的表達，從根本上保持它們處於休眠狀態，直到需要它們引起感染為止。但是這些基因沒有已知的Rho優先結合的任何RNA序列。
實際上，對Rho機制的科學理解是通過簡化的生化實驗建立的，該實驗經常遺漏RNA聚合酶，本質上，它定義了過程如何結束而不考慮過程本身。
在這項工作中，研究人員使用冷凍電子顯微鏡捕獲了在其模型系統大腸桿菌中的DNA模板上運行的RNA聚合酶的圖像。這種高解析度的可視化與高端計算相結合，使轉錄終止的精確建模成為可能。
Artsimovitch指出，「RNA聚合酶不斷前進，與細菌中的數十萬個核苷酸匹配。該複合物非常穩定，因為必須如此，如果釋放RNA，它就會丟失。」 「然而，Rho能夠在數分鐘（甚至幾秒鐘）內使複合體崩塌，但無法找到穩定的複合體進行分析。」
使用巧妙的方法在複合物崩解之前將其捕獲，使科學家們可以觀察到七個代表終止途徑中連續步驟的複合物，從Rho與RNA聚合酶的結合開始到完全失活的RNA聚合酶結束。該團隊根據他們所看到的內容創建了模型，然後使用遺傳和生化方法確保這些模型正確。
儘管這項研究是在細菌中進行的，但Artsimovitch指出，這種終止過程很可能會在其他生命形式中發生。她說：「這似乎很普遍。」 「通常，細胞使用共同祖先的類似工作機制。只要這些技巧有用，他們都學會了相同的技巧。」
參考："Steps toward translocation-independent RNA polymerase inactivation by terminator ATPase ρ"Science(2020).science.sciencemag.org/lookup/ … 1126/science.abd1673