Dna复制方向(dna复制方向5至3和3至5)
作者|汪聪
编辑| nagashi
排版|水写
现代生命科学的基本定律“中心定律”指出了遗传信息的流动方向。除了少数逆转录病毒，遗传信息的范围从DNA到RNA，再从RNA到蛋白质。负责这种遗传信息单向流动的DNA聚合酶无法将RNA反向写回DNA。然而，一项新的研究首次发现了人类DNA聚合酶将RNA反向写回DNA的证据，这无疑颠覆了中心法则。
1953年4月25日，詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克揭开了DNA的双螺旋结构，开启了分子遗传学时代。
1958年，DNA双螺旋结构的发现者之一弗朗西斯·克里克首先提出了中心法则。现在，中心法则已经成为生命科学最重要、最基本的法则。
中心法则指明了遗传信息的流向:DNA→DNA(DNA自我复制)，DNA→RNA(转录)，RNA→蛋白质(翻译)。地球上绝大多数的生命都遵循这一规律。对于RNA病毒，有的有RNA→RNA(RNA(RNA的自我复制)，而RNA病毒中的逆转录病毒有RNA→DNA(逆转录)。
遗传中心教条
1982年，史坦利·布鲁希纳成功分离出引起克雅氏病的病原体，并将其命名为朊病毒(Prion)。然而，朊病毒仅由蛋白质组成，不含任何DNA或RNA，却能自行复制和传播疾病，这显然不符合中心法则。生命科学的理论基础是否摇摇欲坠？
1991年，在发现朊病毒9年后，布鲁赫纳成功阐明了朊病毒的致病机制。从本质上讲，朊病毒是一种特殊的传染性蛋白质。朊病毒(SC PrP蛋白)在生物体内与正常的C PrP蛋白接触，使C PrP蛋白变成SC蛋白，通过蛋白同种异型批量复制自身。
因此，朊病毒仍然由基因编码，通过改变正常PrP蛋白的构象实现自我复制和疾病传播。这也意味着，现代生命科学的理论基石——中心法则，并不需要修改。
中心法则解释了遗传信息从自我复制的DNA到RNA以及从RNA到蛋白质的流动。到目前为止，决定这种遗传信息单向流动的关键分子机器聚合酶被认为无法将RNA写入DNA信息。
然而最近，来自Thomas Jefferson大学和南加州大学的研究人员在国际顶级学术期刊《科学》的子期刊《科学进展》上发表了一篇题为《Polθ逆转录RNA并促进RNA模板DNA修复》的研究论文。
这项研究发现，人类DNA聚合酶θ(Polθ)可以高效地将RNA信息写入DNA。这一发现挑战了生命科学的基本定律——中心定律，即人类细胞内存在由Polθ介导的从RNA到DNA的遗传信息逆向流动。
这项研究的结果也产生了深远的影响:被广泛接种的mRNA疫苗会在Polθ的作用下被逆转录成DNA吗？
哺乳动物细胞的14种DNA聚合酶中，只有3种负责细胞分裂前的基因组复制，其余11种聚合酶主要负责检查和修复DNA中的各种错误。
DNA聚合酶θ(Polθ)负责这类DNA修复工作，但它的工作没有做好，往往会导致修复中的错误和突变。这使研究者注意到它与逆转录病毒的逆转录酶的相似性。
HIV病毒的逆转录酶可以像Polθ一样作为DNA聚合酶，但也可以结合RNA，使其重新变成DNA链，这就是逆转录病毒中的逆转录过程。
由于Polθ容易出错，容易混淆，并且包含一个不活跃的校对域，研究小组决定测试它是否具有从RNA模板合成DNA的能力。
实验结果表明，Polθ可以将RNA信息转化为DNA。它在从RNA合成DNA方面可以与HIV病毒的逆转录酶相媲美，在复制DNA方面超过逆转录酶。
研究小组证实，Polθ在使用RNA模板写入DNA信息时比复制DNA时更有效和准确，这表明前者可能是其主要的细胞功能。
接下来，该研究的通讯作者Richard Pomerantz与南加州大学的陈小江教授合作，在陈小江实验室利用X射线晶体学的知识分析了Polθ的晶体结构。发现Polθ类似于逆转录病毒的逆转录酶，发生显著的结构转化以适应A型DNA/RNA杂合体，并与模板核糖羟基形成多重氢键。
值得一提的是，Polθ仅在少数组织类型中表达，但在许多癌细胞中高表达，Polθ的存在对应着较差的临床预后。Polθ可以对癌症治疗产生耐药性，并促进缺乏DNA损伤修复途径的异常细胞的存活。
总的来说，这项研究的结果表明，DNA聚合酶θ(Polθ)的主要功能是充当逆转录酶。在健康细胞中，Polθ充当RNA介导的DNA修复。在癌细胞中，Polθ高表达，并促进癌细胞的生长和耐药性。
这项研究揭示了DNA聚合酶θ(Polθ)对RNA的活性，以及它是如何促进DNA修复和癌细胞增殖的，不仅挑战了生命科学基本定律的“中心法则”，也提示Polθ是一个很有前途的抗癌药物靶点。
另外，既然DNA聚合酶θ(Polθ)能以RNA为模板书写DNA信息，那么广泛接种的mRNA疫苗是否会产生目前未知的深远影响？
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