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【論文故事】給蛋白質(zhì)生產(chǎn)線加個“監(jiān)工” 已有1人參與
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S.西爾維希耶 發(fā)表于 昨天21:34 在你閱讀這段文字的幾分鐘內(nèi)，你的身體正在一刻不停地進行著“生產(chǎn)”。每個時刻，都有不同的蛋白質(zhì)新鮮出爐，為有機體行使著自己的職能。盡管從DNA到信使RNA（mRNA）再到蛋白質(zhì)的一般“生產(chǎn)流程”已經(jīng)為人所熟知，但某一蛋白質(zhì)具體在什么時間和位置被表達，則仍是科學家們難以看清的謎團。 然而，瑞士巴賽爾大學一個研究小組開發(fā)的技術(shù)，讓“監(jiān)視”蛋白質(zhì)生產(chǎn)線的細節(jié)成為了可能�！霸诩毎磉^程中，mRNA在細胞質(zhì)中被翻譯成蛋白質(zhì)的時間和位置十分重要。我們所開發(fā)的技術(shù)使得人們能夠以單個分子的分辨率觀察這一反應(yīng)的過程�！毖芯康耐ㄓ嵶髡�，巴塞爾大學教授杰弗里·卡奧（Jeffrey A. Chao）說。這項驚人的技術(shù)被發(fā)表在《科學》上。 蛋白質(zhì)誕生的直接環(huán)節(jié)是核糖體“翻譯”mRNA的過程。開始時，負責翻譯的核糖體會慢吞吞地挪動到mRNA旁邊，識別翻譯的起始位置，再靠上去準備干活。在翻譯的過程中，如果遇到了其他結(jié)合在mRNA上的其他蛋白，核糖體會像家里來了推銷員一樣，試圖憤怒地把它趕走，然后繼續(xù)完成翻譯，最后在識別到停止信號——終止子之后，功成身退。 為了監(jiān)視蛋白質(zhì)的翻譯進程，研究人員在mRNA終止子前方加上一段莖環(huán)序列——這個發(fā)夾狀的序列能夠結(jié)合帶有細胞核定位信號的綠色熒光蛋白（GFP）。而在終止子后面，研究人員則加上一段序列，使之可以結(jié)合帶有細胞核定位信號的紅色熒光蛋白（RFP）。這兩種熒光標記的存在仿佛給mRNA加上了一個“信號發(fā)射器”，信號燈的顏色和發(fā)光位置向研究人員匯報著目標的信息。這種方法 技術(shù)路線示意圖。當核糖體（黑色團塊）將終止子（UGA）前方結(jié)合在mRNA上的綠色熒光標記“趕走”時，熒光信號會從原來的黃色變?yōu)榧t色，以此區(qū)分目標mRNA的翻譯狀態(tài)。圖片來源：研究論文 當慢條斯理的核糖體還沒有開工時，紅色和綠色熒光蛋白還都“堅守崗位”，整個細胞呈現(xiàn)溫暖而和諧的黃色。而隨著翻譯過程的深入，綠色熒光蛋白被專心生產(chǎn)的核糖體“踢走”，只好無奈地于紅色熒光蛋白分離——此時，細胞內(nèi)紅色就變成了主色調(diào)。這個由黃變紅的過程，是這個設(shè)計中用于檢測翻譯開始進行的指標。如果用藥物抑制了細胞的翻譯過程，則細胞的顏色一直會停留在黃色。 “在整個研究過程中，我們面對的最大挑戰(zhàn)是如何說服自己‘這一技術(shù)是可行的’。最初，我們嘗試在mRNA序列上插入可被翻譯的莖環(huán)序列時遭遇了失敗�！笨▕W對科學人說，“在這樣的情況下，選擇放棄實驗是很容易的事。但我們知道，核糖體在實際運作中一定會遇到其他碰巧掛在RNA編碼區(qū)的結(jié)合蛋白，而且必須把它們趕走。因此我們決定繼續(xù)嘗試�！� 可幸他們的鍥而不舍并沒有白費。最終，這項技術(shù)成功被運用在果蠅身上。他們將用來掛上“信號發(fā)射器”的報告序列融合在果蠅的Oskar基因上，成功在果蠅的卵母細胞中觀察到了該基因所對應(yīng)的mRNA在什么時候什么地點開始翻譯。 這還只是開始。這項技術(shù)一旦漸趨成熟，將有著非常廣泛的應(yīng)用。“我認為運用這一技術(shù)探究腦部基因的表達情況是非常令人興奮的。每一條神經(jīng)都與其他的神經(jīng)有著千絲萬縷的聯(lián)系，相互進行著信號的傳輸。（在不同的時段），每條神經(jīng)都將可能會經(jīng)歷激活或抑制的過程。然而這一現(xiàn)象背后基因表達調(diào)控的機制還不清楚�！钡每▕W和同事建立的技術(shù)，這些秘密將可能在科研人員的“監(jiān)視”下逐一被解構(gòu)。 談及下一步計劃，卡奧博士表示：“我們目前對細胞質(zhì)中信使核蛋白顆粒（注：mRNP，即在翻譯開始前結(jié)合在mRNA上，隨著翻譯過程進行而被核糖體“趕走”的那些蛋白）對基因表達的調(diào)控很感興趣。細胞質(zhì)的結(jié)構(gòu)在不同條件下千變?nèi)f化，神經(jīng)退行、癌癥和病毒感染都會造成不同的狀況，其中mRNA具體被如何調(diào)控還不清楚。我們希望在單分子層面上的研究能夠幫助人們更多地了解它們的功能�！� （編輯：Calo） 參考文獻： Halstead, James M., et al. "An RNA biosensor for imaging the first round of translation from single cells to living animals." Science 347.6228 (2015): 1367-1671. 文章題圖：研究論文來自果殼 |
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