科大研究团队利用高性能计算 发现RNA聚合酶维持基因转录过程高度准确的机制
生命的讯息由我们的DNA基因组进行编码，并透过信使RNA的转录过程和蛋白质转化执行不同的细胞功能。有如书写英文字母般，「转录」是个把核苷酸像字母一样按顺序逐一连在一起合成信使RNA的过程，为确保过程准确无误，一个负责合成信使RNA、名为RNA聚合酶II的酶会进行校对工作，移除所有与DNA模板不符、遭错误掺入的核苷酸。
虽然科学界一直知道这个酶是确保转录过程准确执行的重要帮手，但到底它如何执行这个艰难的任务，多年来仍是一个谜团。科学家矢志找出其背后的机制，因为这个在人体内十分精准的转录过程一旦发生错误，可导致多种疾病的出现。
由科大 化学系 兼 化学及生物工程学系 夏利莱夫人副教授黄旭辉领导的硏究团队，近日终发现RNA聚合酶II在RNA合成中更正错误的机制。当核苷酸被错误掺入时，RNA聚合酶II便会向后移动（称为后退功能），以清除错置的核苷酸。今次研究发现，虽然RNA聚合酶II的氨基酸残基在后退功能中扮演重要角色，但剪切错置核苷酸的工作，其实只由RNA本身负责（即错置核苷酸的磷酸氧）。
黄教授表示：「RNA聚合酶II就如细胞里的分子机器。大自然巧妙地设计了这种机器，能在同一活性点位置上催化两种化学反应，而不会互相混淆。一般RNA合成需要用上RNA聚合酶II的特定氨基酸残基，但我们发现，移除错置核苷酸却不需任何氨基酸残基，这个分子机器利用在单一活性中心，无缝地协调实现两种化学反应。该项发现为转录过程如何在老化细胞和患病细胞中出错，以及转录过程要出错至什么程度才会于人类间导致不同疾病，带来了重要启示。」
黄教授补充：「我们与阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）合作，有赖该校的大规模高性能计算系统Shaheen超级计算机，是项工作才得以实现。今次研究所涉及有关量子力学和分子动力学的运算，消耗了共二千万个 CPU小时」。
是次研究成果已于顶级科学期刊 《自然·催化》 中发表（ https://www.nature.com/articles/s41929-019-0227-5 ） [1] 。
黄教授的研究范畴主要利用高性能计算了解复杂的生物及化学程序。是项研究的计算工作由团队成员之一谢家敏博士完成，她于科大化学系完成本科和博士课程。其他通讯作者包括科大化学系研究助理教授张栢恒博士、纽约大学的张颖凯教授，以及运用生物实验验证计算结果、来自加州大学圣地亚哥分校的王栋教授及其团队。
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[1] 是篇学术文章乃黄教授早前在 自然通讯 ( http://www.nature.com/ncomms/2016/160419/ncomms11244/abs/ncomms11244.html )上，阐释RNA聚合酶II遭错误掺入时的退后机制之跟进研究
(右起) 黄旭辉教授及其研究团队成员张栢恒博士、谢家敏博士及常富杰博士利用科大计算机系统进行部分高性能计算。
在校对RNA转录中，RNA聚合酶II经历剪切错置核苷酸（图中黄色部分）的过程。