為什麼富含鳥嘌呤的DNA序列會妨礙轉錄

人們已知許多的 DNA 序列因為能夠形成特別的結構因此影響轉錄，從而參與了基因表現量的調控甚或是基因體的穩定性。在眾多可能的序列之中，富含鳥嘌呤 (Guanine) 的 DNA 片斷因為在近年於免疫及端粒上的研究，逐漸為人所知，重要性日益增加。而在不同環境條件的測試下研究人員發現了，轉錄機制的阻撓 (transcription blockage) 很可能是由於形成了不尋常的、穩定的 RNA/DNA 混合 (hybrid)。

扣除了膠片上頂層的訊號，額外的移動的訊號(以橢圓圈出來的地方)，他們認為就是轉錄阻撓的證據。

他們分別檢視了不同的序列，包含 C32, G32, G16, G12, G8, G4, G8C4G20, G20C4G8, C20T4C8, G20T4G8。在前六個弄 (lane) 的觀察，可以看出 G32 導致明顯的轉錄阻撓，而 C32，或者其它較短的 G 序列則無此現象。

或許更有趣的是7弄到10弄間 (lane 7 to lane 10) 的觀察，微幅改變原本 G32 的序列，比如以 C4 取代 (G8C4G20)，以 T4 取代 (G20T4G8)，或者變更順序 (G20C4G8) 都仍然有轉錄阻撓的現象。而 C20T4C8 則無此現象。

他們排除了這種自己實驗中所觀察的轉錄阻撓，是因為富含 G 的 DNA 序列形成了 G-四聯體 (G-quadruplex) 的關係，因為他們在分別擁有 K+ 與 Li+ 的環境下並沒有觀察出轉錄阻撓之強度上的差異。( G-四聯體較容易在 K+ 環境下形成)

他們的研究結果支持的一種模型是，於正在工作的 RNAP 背後，RNA 重新與模板端的 DNA 混合，形成了會阻撓轉錄的 R-loop。

然而研究人員也不排除這種序列形成 DNA 三螺旋 (triplex) 的可能性，不過他們認為該結構可能是形成在 RNAP 的前方，而非背後。然而不管如何，都有可能阻撓了轉錄的進行。(如圖)

這篇文章中的共同作者 Sergei M. Mirkin 與 Philip C. Hanawalt 皆是生命科學領域中各執一方的牛耳。前者擅長於 DNA 的重複序列與 DNA 三螺旋之研究，後者則於 1963 年發現了 DNA 的修復路徑。

難得一篇文章能夠言簡意賅，並且透過實驗清楚地勾勒出機制的模型，推薦值得一讀。

原始出處：

• Mechanisms and implications of transcription blockage by guanine-rich DNA sequences, PNAS June 28, 2010

相關連結：

• Sergei M. Mirkin 實驗室
• Philip C. Hanawalt 實驗室