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
【dna复制方向5到3和3到5 dna复制方向】
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，遗传信息从DNA到RNA，从RNA到蛋白质 。负责遗传信息单向流动的DNA聚合酶无法将RNA反写回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，它们中的一部分存在RNA→RNA(RNA自我复制)，对于RNA病毒中的逆转录病毒，存在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导致克雅氏病的病原体，并将其命名为朊病毒 。而朊病毒只是由蛋白质组成，不含任何DNA或RNA，却能自行复制传播疾病，这显然不符合中心法则 。生命科学的理论基石是否正在摇摇欲坠？
1991年，在发现朊病毒9年后，Brushina成功阐明了朊病毒的致病机制 。朊病毒本质上是一种传染性的特殊蛋白质 。朊病毒(s C型PrP蛋白)在生物体内与正常的C型PrP蛋白接触，使C型变成SC型，通过蛋白质变态批量复制自身 。
因此，朊病毒仍然由基因编码，它们可以通过改变正常PrP蛋白的构象来自我复制和传播疾病 。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，分子机器聚合酶，这种遗传信息单向流动的关键，被认为无法将RNA编译成DNA信息 。
然而，最近美国Thomas Jefferson大学和南加州大学的研究人员在国际顶级学术期刊《科学进展》上发表了一篇题为《polθReverse Transcripts RNA and Promoters RNA-templated DNA repair》的研究论文 。
研究发现，人类DNA聚合酶θ(Polθ)可以高效地将RNA信息编译成DNA，这挑战了生命科学的基本定律——中心法则，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？
哺乳动物细胞中的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DNA中的各种错误并进行修复 。
DNA聚合酶θ(Polθ)负责这类DNA修复工作，但它的工作没有做好，往往导致修复出现错误和突变 。这使得研究人员注意到它与逆转录病毒逆转录酶的相似性 。
逆转录病毒HIV的逆转录酶可以像Polθ一样作为DNA聚合酶，但也可以结合RNA，使其重新回到DNA链中，即逆转录病毒中的逆转录过程 。
由于Polθ容易出现错误和混淆，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 。在从RNA合成DNA方面，它可以与HIV病毒的逆转录酶相比，但在复制DNA方面超过逆转录酶 。
研究小组证实，与复制DNA相比，Polθ在使用RNA模板写入DNA信息时更有效、更准确，这表明前者可能是其主要的细胞功能 。
接下来，本研究的通讯作者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，发生了显著的结构转化以适应A型DNA/RNA杂交体，并与模板核糖羟基形成多个氢键 。
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，本研究结果表明，DNA聚合酶θ(Polθ)的主要功能是充当逆转录酶，Polθ在健康细胞中充当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的基本定律“中心定律”，也提示Polθ是一个很有希望的抗癌药物靶点 。
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