Nature新发现改写分子生物学教科书

　　2016年07月08日讯 在发表于《自然》（Nature）杂志上的一篇研究论文中，美国罗格斯大学的Richard H Ebright和Bryce E Nickels领导研究人员报告称发现辅酶不仅对于代谢至关重要，还是细菌中RNA的组成成分，并揭示出了辅酶整合到RNA中去的机制。

　　信使RNA分子的起始部分缺乏分子帽结构长期以来被认为是细菌的一种标志。然而，在过去的十年里，研究人员在细菌RNA中发现了一些结构上与真核生物mRNA帽子相似的化学修饰。这些修饰构件就是辅酶（coenzyme），生物化学家们众所周知它们的作用是帮助一些酶催化的代谢反应。

　　RNA通常是由四种元件构成：核苷分子腺苷、胞苷、鸟苷和尿苷，它们通过磷酸基团连接起来。然而，许多位点特异性的化学修饰装饰着RNA分子，支持了多种多样的编码、结构和催化功能。mRNA 5′端的帽子是最突出的真核生物修饰之一，影响了RNA剪接、细胞内运输和蛋白质生物合成不同的过程。由于不同的酶共同努力，这一加帽过程与RNA转录平行发生。

　　首先，RNA聚合酶（RNAP）结合到DNA中称作为启动子的特异序列上，在它的下游，即转录起始位点（+1位置）启动RNA合成。RNAP通过将三磷酸核苷（NTPs）连接在一起，装配出与DNA模板链互补的RNA链。一旦生成的RNA链达到一定的长度，便会将一个帽子结构添加到其5′端。

　　细菌不具有这种加帽机器，因此教科书说它们的转录物携带着一个5′三磷酸盐。然而，质谱分析表明这种描述不够准确。分析修剪的细菌RNA揭示出，一些意外的成分只定位在RNA的5′端。这些成分是两个老相识：细菌生理学中重要的辅酶--烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）和3′-脱磷辅酶A（dpCoA）。由此，有人提出，NAD+、还原NAD+ （NADH）和dpCoA帽子以一种与真核生物RNA中添加7-甲基鸟苷酸帽子相似的方式，在转录起始后添加到了RNA上。

　　在这篇Nature文章中，研究人员证实NAD+、NADH和dpCoA是通过充当从头转录起始的非经典起始核苷酸（NCINs），由 RNAP在转录起始过程中被整合到RNA中。他们进一步证实细菌RNAP和真核生物RNAP II均可整合NCIN帽子，在转录起始位点处及上游的启动子DNA序列决定了NCIN加帽的效率。且NCIN加帽具有功能重要性：大大提高了RNA的稳定性。研究人员利用X-射线晶体学分析了辅酶整合的结构基础。他们将一种RNAP-启动子复合物晶体浸入包含辅酶和NTPs的溶液中，观察到在晶体中辅酶加帽可以启动RNA形成。

　　这些研究结果确定了NCIN加帽的机制和结构基础，并提出了NCIN介导的“从头加帽”有可能发生于所有生物体中。

　　美国罗格斯大学的Richard H Ebright实验室长期致力于寻求了解细菌转录复合物的结构、机制和调控。2006年，Ebright及其同事解决了一个围绕转录，这种最为基础生命过程长期存在的一个问题。Science发表的两篇文章中，首次对“RNA聚合酶开始合成RNA，以及脱离其起始结合位点延DNA移动继续合成RNA”这种机制进行了描述。

　　2012年，由Ebright和Eddy Arnold领导的罗格斯大学研究团队三十年来首次获得了转录起始复合体的三维结构，增进了人们对转录起始机制的了解。

　　2016年，Ebright在Science杂志上发表了一项具有里程碑意义的研究成果，首次阐明了特异性转录激活的结构基础，描述了转录激活蛋白与RNA聚合酶的相互作用（Science里程碑成果揭示转录奥秘）。