RNA分子是他们自己命运的大师 - 通过反馈回路来调节自己的生产

生物学家和物理学家之间的合作表明RNA是自身生产的反馈监管机构。低浓度的RNA导致形成转录缩合物（在此表示为泡沫），并且高水平导致这些缩合物的溶解。

研究表明转录RNA分子的产品 - 通过反馈回路调节自己的生产。

在人体的任何给定时刻，在约30万亿个细胞中，DNA在称为转录的过程中，DNA被“读取”成信使RNA分子，DNA和蛋白质之间的中间步骤。

科学家们对转录开始的同时有一个好主意：将称为RNA聚合酶的蛋白质募集到DNA分子的特定区域，并开始向股线撇去它们，在它们的情况下合成mRNA分子。但这个过程的一部分是较少的理解：细胞如何知道何时停止转录？

现在，理查德杨金德·杨氏实验室实验室，黑麦生物医学研究成员和麻省理工学院教授，​​以及麻省理工学院的化学工程，物理学和化学教授，恰卡拉··乔治教授，表明RNA分子本身是负责调节的他们通过反馈循环形成。RNA分子太少，细胞引发转录以产生更多。然后，在某个阈值下，太多的RNA分子导致转录以吸收停止。

在细胞中发表的研究代表了生物学家和物理学家之间的合作，并提供了对未转化为任何蛋白质的潜在角色的潜在作用，称为非编码RNA，这在哺乳动物中常见并具有神秘的科学家几十年。

研究人员在实验室中形成了这些液滴，以研究RNA在其形成和溶解中的作用。

以前的年轻实验室的工作主要集中在转录缩合物，小细胞液滴，使将DNA转化为RNA所需的分子。实验室的科学家在2018年发现了转录液滴，注意到当转录开始并溶解几秒钟或分钟后，它们通常形成时，它们通常在该过程完成时。

研究人员想知道治理转录缩合物的溶解的力量可能与它们产生的RNA的化学性质有关 - 具体地，其高负电荷。如果是这种情况，那将是通过反馈机制调节的细胞过程的最新实例 - 用于控制生物功能，如红细胞生产和DNA修复等生物学功能的优雅有效的系统。

作为初始测试，研究人员使用体外实验来测试RNA的量是否对缩合物形成有影响。他们发现，在细胞中观察到的生理水平范围内，低水平的RNA促进液滴形成和高水平的RNA气馁。

在生物学盒之外思考

通过这些结果，年轻实验室邮政编码和联合第一作者ozgur Oksuz和Jon Henninger与物理学家和Co-First作者Krishna Shrinivas，Arup Chakraborty实验室的研究生，调查了什么体力在剧中。

Shrinivas提出了该团队构建计算模型，研究了通过转录蛋白形成的主动转录的RNA和缩合物之间的物理和化学相互作用。该模型的目标不是简单地重现现有结果，而是创建一个用于测试各种情况的平台。

“大多数人研究这些问题的方式是在试管中采取分子混合物，摇动它，看看发生了什么，”Shrinivas说。“这远离电池中可能会想象的事情。我们的想法是，我们可以在其生物学背景下试图研究这个问题，这是这个均衡，复杂的过程？“”

从物理学的角度研究问题允许研究人员从传统的生物学方法中恢复一步。“作为一个生物学家，很难提出新的假设，了解如何从可用数据工作的新方法，”Henninger说。“你可以做屏幕，你可以识别新的玩家，新蛋白质，可能参与一个过程的新RNA，但你仍然受到对所有这些东西如何互动的经典理解。虽然与物理学家交谈时，你在这个理论上的空间，超出了数据目前可以给你的东西。物理学家喜欢考虑如何表现出某些事情，给定某些参数。“

一旦模型完成，研究人员可以提出关于细胞中可能出现的情况的问题 - 例如，当随着时间的时间以不同的速率产生不同长度的RNA时，凝结凝结会发生什么？ - 然后在实验室长凳上进行实验。“我们最终充满了模型和实验的非常好的融合，”Henninger说。“对我来说，它就像模型有助于蒸馏最简单的这种系统的功能，然后你可以在细胞中做出更多预测实验，看看它是否适合该模型。”

收费负责

通过在实验室长凳上进行一系列建模和实验，研究人员能够确认其假设，即RNA对转录的影响是由于RNA分子的高负电荷。此外，预测初始低水平的RNA增强和随后的更高水平溶解通过转录蛋白形成的缩合物。因为电荷通过RNA的磷酸盐骨架携带，所以给定RNA分子的有效电荷与其长度成比例。

为了在活细胞中测试这一发现，研究人员设计了小鼠胚胎干细胞具有发光缩合物，然后用化学物质处理它们以破坏转录的伸长阶段。符合模型的预测，所得到的冷凝物溶解的RNA分子的缺乏增加了细胞中缩合物的尺寸和寿命。相反，当研究人员设计的细胞诱导额外RNA的产生时，在这些位点溶解的转录凝聚物。“这些结果突出了理解非平衡反馈机制如何调节细胞中存在的生物分子缩合物的功能的重要性”，Chakraborty表示。

确认该反馈机制可能有助于回答哺乳动物基因组的长期神秘：非编码RNA的目的，它构成了大部分遗传物质。“虽然我们了解了很多蛋白质如何工作的虽然有数万种非编码的RNA物种，我们不知道大多数这些分子的功能，”年轻人说。“发现RNA分子可以调节转录缩合物让我们奇异的是许多非编码物种的目的是在整个基因组中局部地调整基因表达。然后这个巨大的谜团所有这些RNA都有潜在的解决方案。“

研究人员乐观地态度，了解细胞中RNA的这种新作用可以为各种疾病提供通知疗法。“一份联合第一作者，一些疾病实际上是由单一基因的增加或减少的增加引起的，”oksuz说。“我们现在知道如果你调节RNA的水平，你对凝汽有可预测的影响。因此，您可以假设疾病基因的表达，以恢复表达的表达 - 并且可能恢复您想要的表型 - 以便治疗疾病。“

年轻人补充说，更深入地了解RNA行为可以更普遍地通知治疗剂。在过去的10年中，已经开发了各种药物，即直接靶向RNA。“RNA是一个重要的目标，”年轻人说。“理解机械地如何调节基因表达如何弥合疾病中基因失衡之间的差距和靶向RNA的新治疗方法。”

参考：Jonathan E. Henninger，Ozgur Oksuz，Krishna Shrinivas，Ioo Sagi，Gary Leroy，Ming M. Zamud Andrews，Alicia V. Zamudio，Charalampos Lazaris，Zamudio，Charalampos Lazaris，Zamudio，Charalampos Lazaris，Nancy M. Hannett，Zamudio ，童子李，菲利普A. Sharp，Ibrahim I.Cissé，Arup K. Chakraborty和Richard A. Young，2020年12月16日，Cell.Doi：
10.1016 / J.Cell.2020.11.030