发现新热稳定性的rna连接酶

连接酶（ligase）是在细胞中发挥着关键性功能的酶，协助将断裂的dna和rna链连接在一起。这些酶也是重要的生物工程工具，可用于基因测序、突变检测和其他的用途。

如今，在一项新的研究中，来自美国布朗大学工程学院的研究人员发现一种新的实验室使用的rna连接酶。这种被称作kod1rnl的rna连接酶是从一种在火山热出气口附近茁壮成长的古生菌thermoccocus kodakarensis中获得的，能够在适合一些实验室程序的高温下发挥作用。它也是在某些被称作模板的rna结构存在下具有最强的活性，这就使得它适用于rna测序和检测。相关研究结果于2016年10月7日在线发表在rna biology期刊上，论文标题为“archaeal rna ligase from thermoccocus kodakarensis for template dependent ligation”。论文第一作者、布朗大学生物医学工程研究生lei zhang说，“这种新的连接酶具有所有我们认为适合于rna操纵的性质。我们认为这可能是一种有用的加入到生物医学工程工具箱的工具。”zhang在论文通信作者、布朗大学工程学教授anubhav tripathi实验室开展研究。tripathi说，“我们的研究团队的关注点总是在设计医学诊断和分子疗法（特别涉及rna）上。在很多近期的研究中，我们设计新的分子检测和平台来快速地检测病毒感染和病毒突变的存在。尽管我们设计和构建微流体平台和室内检测，但是我们总是依靠现成的试剂来启动这些检测。”随着我们的设计变得更加复杂，我们在缺乏连接酶等特定酶的存在下越来越感到困难重重。”
特别地，很少有热稳定性的rna连接酶，即能够在高温下发挥作用的rna连接酶。tripathi说，在更高温度下研究rna能够让事情变得更加容易。在室温或体温下，rna分子处于交错杂乱中。但是，当加热时，这种交错杂乱的结构会松弛下来，这些分子就会伸直。
tripathi说，“当研究rna时，你经常想要让一种互补的核酸与它进行杂交。当rna分子是线性时，这会变得非常容易。当它混乱时，许多杂交位点被阻断。”
问题是让rna伸直所需的温度经常对rna连接酶而言太高而不能有效地将rna分子连接在一起。但是kod1rnl在高达将近140华氏度（即60摄氏度）下是有活性的，这就使得它能够在超过体温的条件下用于实验室研究。
这种酶的模板依赖性也是比较重要的。一种模板依赖性的rna连接酶仅当一种模板上的一条rna链与另一条rna链在近邻匹配时才会将这两条rna链连接在一起。在这项新的研究中，zhang和tripathi利用kod1rnl将设计的探针连接在一起以便用于检测实验室制造出的埃博拉病毒rna转录本。
模板依赖性也用于检测rna中的突变。这是通过构建rna探针---含有感兴趣的突变的rna链---来做到这一点的。这些探针在rna链上发生突变的地方存在小的“缺口”。在模板依赖性的rna连接酶存在下，这些探针随后与靶rna进行杂交或者说配对。如果突变存在于靶rna链上，那么这些rna探针将正确地发生杂交，而且这种缺口将被rna连接酶缝补上。如果突变不存在的话，所形成的杂合分子的结构将被破坏，rna连接酶就不会缝补这种缺口。通过研究这种缺口是否被缝补上，研究人员就能够判断这种突变是否存在。
这一切都依赖于这种连接酶具有多大程度的模板依赖性和结构特异性。一些连接酶天然地要比其他的连接酶具有更高的特异性。在谈及kod1rnl时，zhang说，“我们发现它是一种高度特异性的rna连接酶。事实上，它比在实验室中使用的现存的酶具有更高的特异性。”
研究人员已对这种新的rna连接酶提交了专利申请，并且希望与行业合作伙伴携手合作，将它推向市场。