死亡,说得客气一点,对于活着的大脑来说是一件相当不方便的事情。氧气消失产生的连锁反应像潮水一样席卷而来,直达我们细胞转录和翻译 DNA 的方式,在让灯一直亮着。
对死后脑组织和活体患者样本的比较首次揭示了 RNA 链修改方式的显著差异,为疾病诊断和治疗揭示了新的潜在目标。
纽约西奈山伊坎医学院的研究人员重点研究了信使 RNA 中腺苷 (A) 的特定碱基代码如何被替换为完全不同的碱基肌苷 (I)。
“到目前为止,A 到 I 编辑并且其在哺乳动物大脑中的生物学意义仅限于对死后组织的分析。”说基因组学家迈克尔·布林(Michael Breen)。
“通过使用来自活体个体的新鲜样本,我们能够发现 RNA 编辑活动的显著差异,而以前的研究仅依赖于死后样本,可能会忽略这些差异。”
为了将 DNA 双链螺旋编码的基因转化为功能性蛋白质,生物学必须将其序列复制成基于 RNA 的略有不同的格式。然后,这些“信使”可以通过搭载氨基酸构件的其他 RNA 结构转化为蛋白质。
数十亿年的进化利用了这种中间转录和翻译服务,几乎增加了一个全新的蛋白质库。就像流氓编辑改写手稿以达到全新的目的一样,细胞可以调整基因的信使 RNA 以满足完全不同的需求。
有些物种?最值得注意的是? 将 RNA 编辑提升到一个全新的水平,视情况而定。
对于我们人类这样的脊椎动物来说,去除一个氨基,或者说‘脱氨腺苷酸化后会变成肌苷酸(一种与鸟嘌呤(G)类似的碱基),产生的最终产物通常与 DNA 基因库中编码的产物截然不同。
这种 A 到 I 的基座交换是通过作用于RNA的腺苷脱氨酶(ADAR) 酶家族在塑造包括大脑在内的一系列不同组织中发挥着关键作用。
事实上,这个过程非常关键,以至于编辑过程中的错误可能导致多种神经系统疾病为了准确确定特定转录基因的编辑如何发展成危及生命的状况,研究人员分析了死后收集的样本。
尽管这些样本收集起来很方便,但它们有一个很大的缺点。
“我们假设,对死后引起的缺氧和免疫反应的分子反应可以显著改变 A-to-I 编辑的格局,”说该研究的主要作者是西奈山的分子生物学家米格尔·罗德里格斯·德洛斯桑托斯 (Miguel Rodríguez de los Santos)。
“如果我们只研究死后组织,这可能会导致对大脑中 RNA 编辑的误解。”
果然,在深部脑刺激电极植入手术中获取的活体患者脑组织样本揭示了两种 ADAR 酶的活性以及它们作用的位点存在重大差异。
研究小组的分析发现,与从活着的患者身上采集的样本相比,在最近去世的人的样本中,RNA 链上超过 72,000 个位置发生 A 到 I 编辑的频率更高。
然而,有数百个位点的情况恰恰相反,在活体大脑样本中,编辑过程更为频繁。虽然一些位点已知在大脑可塑性方面发挥着作用,但许多位点仍需要进一步研究才能了解其中的机制。
“值得注意的是,我们的研究结果并没有否定使用死后脑组织研究 A-to-I 调控的可行性,而是提供了缺失的背景信息。”说共同资深作者亚历山大·查尼 (Alexander Charney) 是西奈山的一位医师科学家。
“了解这些差异有助于我们通过 RNA 编辑修饰的视角提高对大脑功能和疾病的认识,从而有可能带来更好的诊断和治疗方法。”
这项研究发表于自然通讯。