人類細胞竟可將RNA序列寫入DNA！長期以來的生物學教條被挑戰！

中心法則，又稱分子生物學的中心教條。是指遺傳信息從DNA傳遞給RNA，再從RNA傳遞給蛋白質，即完成遺傳信息的轉錄和翻譯的過程。也可以從DNA傳遞給DNA，即完成DNA的復制過程。這是所有有細胞結構的生物所遵循的法則。

現在，有研究人員提供了一個證據，證明RNA片段可以被寫回DNA，這可能挑戰生物學的核心教條，并可能對生物學的許多領域產生廣泛影響。

他們是美國托馬斯杰斐遜大學和南加州大學的研究人員，結果發表在《Science Advances》，題為“Polθ reverse transcribes RNA and promotes RNA-templated DNA repair”。他們發現，人類的DNA聚合酶 θ（Polθ）具有逆轉錄酶活性，能夠高效地將 RNA 片段寫回DNA。

在哺乳動物細胞中的14種DNA聚合酶中，只有3種酶承擔了復制整個基因組、為細胞分裂做準備的大部分工作。剩下的11個主要參與檢測和修復DNA鏈的斷裂或錯誤。

其中，Polθ可以修復DNA——對DNA損傷進行易位合成（TLS），但容易出錯，會產生許多錯誤或突變，并且包含一個不活躍的校對域。Polθ 在大多數組織中不表達，但在許多癌細胞中高表達，與較差的臨床預后相對應。此外，Polθ 促使對基因毒性癌癥療法的抵抗力，并促進DNA損傷反應途徑的缺陷細胞的存活。

在一系列實驗中，研究人員測試了 Polθ對抗來自 HIV 的逆轉錄酶。HIV 的逆轉錄酶，可以像 Polθ 一樣作為 DNA 聚合酶，但它也可以結合 RNA 并將其變回 DNA 鏈中，也就是逆轉錄病毒中的逆轉錄過程。

他們表明，聚合酶 Polθ 能夠將 RNA 信息轉化為 DNA，它的作用與 HIV 逆轉錄酶一樣，而且它實際上比將 DNA 復制到 DNA 時做得更好。與將 DNA 復制到 DNA 中相比，使用 RNA 模板編寫新的 DNA 信息時，聚合酶 Polθ更有效并且引入的錯誤更少，這表明該功能可能是其在細胞中的主要目的。

圖：Polθ 表現出逆轉錄酶活性

此外，研究人員還假設Polθ 在DNA修復過程中，能耐受模板核糖核苷酸，從而促進RNA模板化DNA修復合成（RNA-DNA修復）。他們與南加州大學的Xiaojiang S. Chen博士的實驗室合作，使用X射線晶體學來定義這種分子的結構。

圖   Polθ 表現出更高的保真度和脫氧核糖核苷酸摻入RNA的速度。

他們發現，Polθ發生了一種主要的結構轉變以適應A型DNA/RNA，并與模板核糖2′-羥基形成多個氫鍵。Polθ 在DNA修復過程中選擇性適應核糖核苷酸模板，提示這種功能可能是它在細胞中的主要目的，即Polθ能夠促進哺乳動物細胞中以RNA為模板的DNA修復。

“我們的研究表明，聚合酶Polθ的主要功能是充當逆轉錄酶。”作者說。“在健康細胞中，這種分子的目的可能是用于RNA介導的DNA修復。在不健康的細胞中，如癌細胞，聚合酶高度表達，促進癌細胞生長和耐藥性。進一步了解聚合酶在RNA上的活性如何有助于DNA修復和癌細胞增殖，這將是令人興奮的。”

總之，這些研究將幫助我們理解，在我們自己的細胞中有一種將RNA信息轉化為DNA的機制的重要性，人類聚合酶可以高效完成這一任務。這一事實也提出了許多問題，例如，這一發現表明，RNA信息可以用作修復或重寫基因組DNA的模板。