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【論文故事】給蛋白質(zhì)生產(chǎn)線加個(gè)“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(jìn)行著“生產(chǎn)”。每個(gè)時(shí)刻，都有不同的蛋白質(zhì)新鮮出爐，為有機(jī)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(shí)間和位置被表達(dá)，則仍是科學(xué)家們難以看清的謎團(tuán)。 然而，瑞士巴賽爾大學(xué)一個(gè)研究小組開(kāi)發(fā)的技術(shù)，讓“監(jiān)視”蛋白質(zhì)生產(chǎn)線的細(xì)節(jié)成為了可能。“在細(xì)胞生理過(guò)程中，mRNA在細(xì)胞質(zhì)中被翻譯成蛋白質(zhì)的時(shí)間和位置十分重要。我們所開(kāi)發(fā)的技術(shù)使得人們能夠以單個(gè)分子的分辨率觀察這一反應(yīng)的過(guò)程�！毖芯康耐ㄓ嵶髡撸腿麪柎髮W(xué)教授杰弗里·卡奧（Jeffrey A. Chao）說(shuō)。這項(xiàng)驚人的技術(shù)被發(fā)表在《科學(xué)》上。 蛋白質(zhì)誕生的直接環(huán)節(jié)是核糖體“翻譯”mRNA的過(guò)程。開(kāi)始時(shí)，負(fù)責(zé)翻譯的核糖體會(huì)慢吞吞地挪動(dòng)到mRNA旁邊，識(shí)別翻譯的起始位置，再靠上去準(zhǔn)備干活。在翻譯的過(guò)程中，如果遇到了其他結(jié)合在mRNA上的其他蛋白，核糖體會(huì)像家里來(lái)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(shí)別到停止信號(hào)——終止子之后，功成身退。 為了監(jiān)視蛋白質(zhì)的翻譯進(jìn)程，研究人員在mRNA終止子前方加上一段莖環(huán)序列——這個(gè)發(fā)夾狀的序列能夠結(jié)合帶有細(xì)胞核定位信號(hào)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(xì)胞核定位信號(hào)的紅色熒光蛋白（RFP）。這兩種熒光標(biāo)記的存在仿佛給mRNA加上了一個(gè)“信號(hào)發(fā)射器”，信號(hào)燈的顏色和發(fā)光位置向研究人員匯報(bào)著目標(biāo)的信息。這種方法 技術(shù)路線示意圖。當(dāng)核糖體（黑色團(tuán)塊）將終止子（UGA）前方結(jié)合在mRNA上的綠色熒光標(biāo)記“趕走”時(shí)，熒光信號(hào)會(huì)從原來(lái)的黃色變?yōu)榧t色，以此區(qū)分目標(biāo)mRNA的翻譯狀態(tài)。圖片來(lái)源：研究論文 當(dāng)慢條斯理的核糖體還沒(méi)有開(kāi)工時(shí)，紅色和綠色熒光蛋白還都“堅(jiān)守崗位”，整個(gè)細(xì)胞呈現(xiàn)溫暖而和諧的黃色。而隨著翻譯過(guò)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(wú)奈地于紅色熒光蛋白分離——此時(shí)，細(xì)胞內(nèi)紅色就變成了主色調(diào)。這個(gè)由黃變紅的過(guò)程，是這個(gè)設(shè)計(jì)中用于檢測(cè)翻譯開(kāi)始進(jìn)行的指標(biāo)。如果用藥物抑制了細(xì)胞的翻譯過(guò)程，則細(xì)胞的顏色一直會(huì)停留在黃色。 “在整個(gè)研究過(guò)程中，我們面對(duì)的最大挑戰(zhàn)是如何說(shuō)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(shí)遭遇了失敗�！笨▕W對(duì)科學(xué)人說(shuō)，“在這樣的情況下，選擇放棄實(shí)驗(yàn)是很容易的事。但我們知道，核糖體在實(shí)際運(yùn)作中一定會(huì)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(méi)有白費(fèi)。最終，這項(xiàng)技術(shù)成功被運(yùn)用在果蠅身上。他們將用來(lái)掛上“信號(hào)發(fā)射器”的報(bào)告序列融合在果蠅的Oskar基因上，成功在果蠅的卵母細(xì)胞中觀察到了該基因所對(duì)應(yīng)的mRNA在什么時(shí)候什么地點(diǎn)開(kāi)始翻譯。 這還只是開(kāi)始。這項(xiàng)技術(shù)一旦漸趨成熟，將有著非常廣泛的應(yīng)用�！拔艺J(rèn)為運(yùn)用這一技術(shù)探究腦部基因的表達(dá)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(wàn)縷的聯(lián)系，相互進(jìn)行著信號(hào)的傳輸。（在不同的時(shí)段），每條神經(jīng)都將可能會(huì)經(jīng)歷激活或抑制的過(guò)程。然而這一現(xiàn)象背后基因表達(dá)調(diào)控的機(jī)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(jì)劃，卡奧博士表示：“我們目前對(duì)細(xì)胞質(zhì)中信使核蛋白顆粒（注：mRNP，即在翻譯開(kāi)始前結(jié)合在mRNA上，隨著翻譯過(guò)程進(jìn)行而被核糖體“趕走”的那些蛋白）對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控很感興趣。細(xì)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(huì)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(xiàn)： 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(lái)自果殼 |
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