科學家們發現，當DNA閱讀酶沿著基因反向移動時，它可能會幫助控制基因的啓動時間。

人體大約有30萬億個細胞，它們不需要同時開啓所有的基因。相反，細胞嚴格控制其基因的活動 —— 最近，科學家們發現了一種以前不爲人知的方式來完成這一壯舉。

人類DNA包含大約20000到25000個基因。爲了使細胞正常工作，DNA中的遺傳密碼被一種叫做RNA聚合酶的酶複制或轉錄，從而形成一種叫做RNA的分子。通常，RNA會被翻譯成蛋白質，這是生命的基石。有無數的因素決定了哪些基因需要被激活，比如細胞的類型和發育階段。

今年2月發表在《分子細胞》雜志上的這項最新研究，描述了細胞控制基因的一種新方法。它被稱爲“回溯”，最初被認爲是對DNA斷裂的反應，但現在科學家正在研究它在基因調控中的作用。

回溯是指RNA聚合酶在讀取基因時不是沿著DNA向前移動，而是向後移動並暫停的過程。然後這個停頓被分解，酶可以繼續前進，大量産生RNA。

紐約大學朗格尼健康中心的生物化學教授葉夫根尼·努德勒（Evgeny Nudler）表示：“在早期，人們認爲一旦RNA聚合酶開始轉錄，它就會毫無問題地完成轉錄。然而，多年來，他們意識到情況要複雜得多。”努德勒及其同事于1997年發表了第一篇關于回溯的論文。

當RNA聚合酶回溯一小段距離時，它會擠出一條新形成的RNA鏈，導致轉錄過程暫停。這種擠壓的RNA通常會被酶切斷，爲RNA聚合酶再次繼續前進留下清晰的路徑。

然而，有時，聚合酶向後移動更長的距離，擠壓的RNA阻塞了這些剪切酶通常剪切的位點。有了這個路障，聚合酶就會在更長的時間內停留在它的反向狀態，而不是短暫的停頓。

努德勒實驗室的博士生凱文·楊（Kevin Yang）及其同事開發了一種新技術，可以捕獲在持續回溯中擠出的RNA鏈。這種被稱爲“遠距離切割測序（LORAX-seq）”的技術可以讀取RNA的密碼，以確定哪些基因在轉錄過程中容易出現這種明顯的停頓。他們開發了這種方法，以更好地檢測回溯事件，他們能夠找到數千個以前的方法可能會錯過的事件。

葉夫根尼·努德勒表示：“我們第一次系統地繪制了回溯事件的地圖。不僅僅是任何回溯事件，而是那些廣泛的，聚合酶長距離回溯的事件，會被困很長時間。”

雖然，研究小組預計會發現回溯事件，但他們沒有預料到這些事件會如此普遍。他們觀察到許多參與RNA合成蛋白質的基因出現了倒退；調節細胞分裂；複制和包裝DNA。

持續回溯的熱點出現在基因啓動子和剪接點附近，基因啓動子是RNA聚合酶開始轉錄的地方，剪接點是RNA被修剪以去除制造蛋白質不需要的部分。

但回溯的作用究竟是什麽？研究人員提出了一個有趣的理論：回溯可能有助于RNA聚合酶，以及基因轉錄所需的數百種其他蛋白質，在啓動子處“暫停”，然後在需要時立即開始泵出RNA。在細胞分裂等需要大量蛋白質的過程中，回溯可以使基因在瞬間迅速激活。

然而，研究人員指出，“回溯和拼接之間的關系，仍然沒有解決。”因此，尚不清楚回溯是否在剪接位點起作用。

研究人員還觀察到，編碼組蛋白（DNA像線軸一樣纏繞的蛋白質）的基因非常容易回溯。在細胞分裂過程中，DNA自我複制後，這些基因需要非常活躍，因此，這種回溯可能有助于確定它們在該過程中特定時刻的激活時間。

隨著 LORAX-seq 被確立爲一種檢測回溯的新方法，該方法現在可以用于研究這種類型的基因調控在人類疾病（如癌症、衰老，以及更廣泛地說，任何使細胞處于壓力下的過程）中所起的作用。

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