Nature子刊解析！揭秘生物体是如何有效区分RNA和DNA组成部件的？或为开发新型抗病毒药物提供了新思路！

2021年3月26日 讯 /生物谷BIOON/ --近日，一篇发表在国际杂志Nature Communications上题为“The mechanism of the nucleo-sugar selection by multi-subunit RNA polymerases”的研究报告中，来自图尔库大学等机构的科学家们通过研究解开了一个长期困扰科学界的谜题，即在基因表达的过程中生物体是如何有效区分RNA和DNA组成部件，这或许就为设计新型抗病毒药物铺平了道路。

所有细胞生物体都能利用两种类型的核酸（即RNA和DNA）来储存、传播并利用其遗传信息，DNA的合成是由称之为DNA聚合酶的酶类来完成的，其能准确将遗传信息传递给一代又一代；RNA的合成则是由称之为RNA聚合酶的酶类来完成的，其需要利用遗传信息来最终产生蛋白质，进而完成现代所有生物体的大部分结构和催化功能。然而RNA和DNA聚合酶所面临的古老问题在于，DNA和RNA的组成部件很难进行区分，这些组成部分都是相同的，除了一种名为2’OH基团的小分子，其位于RNA组成部件中，但在DNA组成部件中却没有。

DNA聚合酶能通过携带一种称之为活性位点的空腔结构来避免利用RNA的构建，该空腔干好足够结合DNA的组成部件，但却无法容纳稍大的RNA组成部件，因此，只有DNA组成部件能结合活性位点空腔，并与生长中的DNA聚合体相连接。研究者Georgi Belogurov表示，RNA聚合酶并不能使用相同的策略，因为较小的DNA组成部件总是会和RNA组成部件一样，适应同一个活性位点空腔。

RNA聚合酶活性位点空腔使DNA组成部件变形

为了理解RNA聚合酶是如何避免使用DNA组成部件的，研究人员利用精心设计的工程化突变所改变的RNA聚合酶进行了复杂的生化测量，同时，他们还获得了携带DNA组成部件的RNA聚合酶的详细三维结构。通过进行生化和结构数据的综合性分析，研究人员发现，RNA聚合酶能够演化出活性位点空腔，从而使得DNA组成部件变形以便其不再能适合纳入RNA链。研究者Makinen说道，变形的DNA组成部件就会从RNA聚合酶中解离出来，而不是附着在生长的RNA聚合物上。

图片来源：Nature Communications (2021). DOI:10.1038/s41467-021-21005-w

人类和病毒的RNA聚合酶选择RNA组成部件的方式并不同，这一研究发现或许有望帮助科学家们开发新型更为有效的抗病毒药物；本文研究结果对于后期转化研究具有非常重要和长远的影响。研究者Georgi Belogurov表示，诸如引发COVID-19疾病的SARS-CoV-2等RNA病毒也会合成RNA，并将其作为感染周期的一部分；病毒会使用自身的RNA聚合酶，而这种聚合酶不同于人类细胞中的RNA聚合酶，但其也需要选择RNA组成部件，并排斥DNA组成部件。

通过仔细比较新发现的选择性机制和其它研究团队的成果，研究人员总结道，病毒和人类RNA聚合酶能使用不同的机制来排斥DNA组成部件。也许研究人员能设计类似于DNA组成部件的合成性分子，这样这种分子就能选择性地结合并抑制病毒的RNA聚合酶，但却会被人类RNA聚合酶所排斥，因此其并不会干扰人类细胞所需的RNAs的合成。最后研究者表示，本文研究结果或为设计新型潜在的选择性抗病毒药物来靶向作用病毒RNA聚合酶提供了新的思路和希望。（生物谷Bioon.com）

参考资料：

【1】Makinen， J.J.， Shin， Y.， Vieras， E. et al. The mechanism of the nucleo-sugar selection by multi-subunit RNA polymerases. Nat Commun 12， 796 (2021). doi：10.1038/s41467-021-21005-w

【2】Solving the ancient problem of nucleic acid synthesis gives clues for the design of new antiviral drugs

by University of Turku