这一发现涉及到生命的一个关键过程:基因表达的转录阶段，这一阶段使细胞得以生存并完成它们的工作。
在转录过程中，一种叫做RNA聚合酶的酶将自己包裹在DNA的双螺旋结构上，利用一条链来匹配核苷酸来复制遗传物质，从而产生一条新合成的RNA链，当转录完成时，这条RNA链就中断了。这种RNA使蛋白质的产生成为可能，而蛋白质对所有生命都至关重要，并在细胞内完成大部分工作。
就像任何相干的信息一样，RNA需要在正确的位置开始和停止才有意义。50多年前，一种名为Rho的细菌蛋白被发现，因为它具有阻止或终止转录的能力。在每一本教科书中，Rho都被用作模型终结者，利用它强大的动力，与RNA结合并将其从RNA聚合酶中拉出来。但这些科学家的进一步观察表明，Rho无法找到它需要使用教科书机制释放的rna。
“我们开始研究Rho，并意识到它不可能以人们告诉我们的方式起作用，”该研究的联合首席作者、俄亥俄州立大学微生物学教授伊琳娜·阿特西莫维奇(Irina Artsimovitch)说。
这项研究发表在2020年11月26日的《科学》杂志网络版上，杏耀注册它确定Rho在转录过程中并没有附着在接近转录末端的特定RNA片段上，并帮助它从DNA中解开，而是在RNA聚合酶上“搭便车”。Rho与其他蛋白质合作，最终引导酶通过一系列结构改变，最终进入非活性状态，使RNA得以释放。
研究小组使用精密的显微镜来揭示Rho是如何作用于由RNA聚合酶和伴随其在整个转录过程中移动的两个辅助蛋白组成的完整转录复合体的。
Artsimovitch说:“这是任何系统中终止复合体的第一个结构，因为它分解得太快，应该不可能得到。”
“这回答了一个基本的问题——转录是生命的基础，但如果没有控制，什么都不会起作用。RNA聚合酶本身必须是完全中性的。它必须能够制造任何RNA，包括那些受损或可能伤害细胞的RNA。在携带RNA聚合酶旅行时，Rho可以判断合成的RNA是否值得制造，如果不值得，Rho就会释放它。”
关于RNA聚合酶如何如此成功地完成转录，Artsimovitch已经有了许多重要发现。直到她实验室的一名本科生在从事一个遗传学项目时发现了Rho中令人惊讶的突变，她才开始反驳多年来对Rho在终止妊娠中的作用的理解。
Rho可以抑制细菌中毒性基因的表达，本质上是使细菌处于休眠状态，直到它们需要引起感染。但是这些基因没有任何已知Rho优先结合的RNA序列。阿特西莫维奇说，正因为如此，Rho只寻找特定的RNA序列，甚至不知道它们是否还附着在RNA聚合酶上，这是没有意义的。
事实上，对Rho机制的科学理解是通过简化的生化实验建立的，这些实验经常忽略了RNA聚合酶——本质上，定义一个过程如何结束而不考虑过程本身。
在这项工作中，研究人员使用低温电子显微镜捕捉RNA聚合酶在大肠杆菌DNA模板上操作的图像，这是他们的模型系统。这种高分辨率的可视化，结合高端的计算，使转录终止的精确建模成为可能。
“RNA聚合酶向前移动，匹配细菌中的数十万个核苷酸。这种复合物非常稳定，因为它必须如此——如果RNA被释放，它就会丢失，”Artsimovitch说。然而Rho能够让这个复杂的系统在几分钟甚至几秒钟内崩溃。你可以观察它，但你无法得到一个稳定的复合物来分析。”
利用一种聪明的方法在复合物分解前捕获它们，使得科学家们能够可视化7个复合物，它们代表了终止路径中的顺序步骤，从Rho与RNA聚合酶的结合开始，到一个完全不活跃的RNA聚合酶结束。该团队根据他们所看到的情况创建了模型，然后使用遗传和生化方法确保这些模型是正确的。
尽管这项研究是在细菌中进行的，但阿特西莫维奇说，这种终止过程也可能发生在其他生命形式中。
“这似乎很常见，”她说。“一般来说，细胞使用来自共同祖先的类似工作机制。只要这些技巧有用，他们都学会了同样的技巧。”
