近日發(fā)布開(kāi)放閱讀期刊《細(xì)胞報(bào)告》（Cell Reports）雜志上的一項(xiàng)新研究揭示一些RNA分子大部分時(shí)間都處于休眠狀態(tài)，而并非是在細(xì)胞中自動(dòng)地執(zhí)行它們確立的工作任務(wù)傳遞蛋白質(zhì)構(gòu)建指令。
并非是僥幸或錯(cuò)誤，該研究表明這一平靜期似乎是某些類(lèi)型基因生成的RNA的一個(gè)編程步驟。這些基因包括了控制細(xì)胞分裂和決定蛋白質(zhì)將在細(xì)胞中何處發(fā)揮功能維持細(xì)胞生命的一些基因。
科學(xué)家們說(shuō)這可能意味著細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)生成并非如生物教科書(shū)所說(shuō)的那樣明確。
“這有可能意味著我們機(jī)體中的蛋白質(zhì)比我們意識(shí)到的具有更多的變異；它意味著RNAs可以被儲(chǔ)存和重新激活，我們并不知道它影響了哪些生物過(guò)程——它可能影響了胚胎發(fā)育或是神經(jīng)活動(dòng)，甚至是癌癥，”文章的主要作者、俄亥俄州立大學(xué)分子和細(xì)胞生物化學(xué)教授Daniel Schoenberg說(shuō)。
Schoenberg和同事們通過(guò)追蹤信使RNA（mRNA）上一種帽狀結(jié)構(gòu)的起源發(fā)現(xiàn)了這一現(xiàn)象，這種結(jié)構(gòu)已知協(xié)調(diào)了大部分的這種RNA分子短暫的壽命。信使RNA在細(xì)胞核中生成，每條mRNA都包含著生成細(xì)胞生存所需的一種特定蛋白質(zhì)的指令。
直到現(xiàn)在，科學(xué)家們都認(rèn)為一旦mRNA不再需要用于生成蛋白質(zhì)，帽子就會(huì)被除去，分子被降解，它的工作任務(wù)就完成了。然而在2009年，Schoenberg的實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)一些原本認(rèn)為降解了的mRNAs相反仍然存在于細(xì)胞中，但它們丟失了部分序列，將帽子放回到了新形成的末端。由于這些mRNAs是在細(xì)胞質(zhì)中，因此改變必定是發(fā)生在那里而非細(xì)胞核內(nèi)。
其他科學(xué)家于1992年報(bào)告mRN段可能根本就存在于所有細(xì)胞體中。數(shù)年后，Schoenberg要求他實(shí)驗(yàn)室的一位博士后研究人員重新研究了這些意外的RN段，證實(shí)它們的存在。該博士后的實(shí)驗(yàn)顯示這些本來(lái)認(rèn)為是降解殘留的作為廢物的mRNA戴上了帽子，這表明它們?nèi)匀挥锌赡茉诘鞍踪|(zhì)生成中發(fā)揮了功能。Schoenberg作為俄亥俄州立大學(xué)RNA生物學(xué)中心的主任自那以后也一直在調(diào)查這一胞質(zhì)加帽程序。
在2009年，他和同事們報(bào)告了對(duì)細(xì)胞體中兩種酶的發(fā)現(xiàn)，它們使得mRNA加帽*發(fā)生在細(xì)胞核之外，轉(zhuǎn)而在細(xì)胞質(zhì)中。
在當(dāng)前的研究中，Schoenberg試圖確定這一加帽程序的生理學(xué)意義。研究人員設(shè)計(jì)了一種方法在實(shí)驗(yàn)室中阻斷細(xì)胞內(nèi)的胞質(zhì)加帽，然后觀察了超過(guò)55,000個(gè)RNAs的變化。
干擾細(xì)胞質(zhì)加帽揭示了細(xì)胞中有可能存在兩種不同類(lèi)型的信號(hào)通路——一些mRNAs沒(méi)有帽子仍舊是穩(wěn)定的，而另一些沒(méi)有帽子會(huì)被迅速摧毀。這一結(jié)果表明mRNAs有可能在細(xì)胞質(zhì)中丟失了它們的帽子，在某一點(diǎn)重新加上。用進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)，研究人員確定了只有一些mRNAs在細(xì)胞體中丟失了它們的帽子。
Schoenberg 說(shuō)：“并非所有特異的信息都是脫掉帽子的，只是一部分信息。我們希望證實(shí)我們已經(jīng)在細(xì)胞中脫掉了RNAs的帽子，且它們并沒(méi)有降解。這意味著他們那樣被保存了。”
這一發(fā)現(xiàn)給出了一些暗示關(guān)于這一現(xiàn)象有一種更高的規(guī)則，一些mRNAs蓄意地停止在一種脫帽的狀態(tài)，且不會(huì)被細(xì)胞內(nèi)的酶所降解。它還提出由于加帽事件在細(xì)胞體中的變化，來(lái)自基因的信號(hào)有可能會(huì)經(jīng)歷改變，使得兩種或更多的蛋白由相同的mRNA生成，一種相比另一種短。
“我們一直認(rèn)為一種基因會(huì)產(chǎn)生一種mRNA來(lái)生成一種蛋白質(zhì)。然而我們的發(fā)現(xiàn)使得我們懷疑是否多個(gè)蛋白質(zhì)有可能是由經(jīng)歷了細(xì)胞質(zhì)中脫帽和重新加帽的信使RNAs生成，”Schoenberg說(shuō)。
研究人員利用生物信息學(xué)技術(shù)確定了哪些基因正在制造細(xì)胞質(zhì)中以脫帽和重新加帽狀態(tài)存在的mRNAs。其中包括了那些控制一些細(xì)胞生存zui基本元件的基因：它們決定細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)和RNAs的定位，也許zui重要的是有絲分裂細(xì)胞周期——細(xì)胞分裂的部分過(guò)程。
Schoenberg 說(shuō)：“這并不是隨機(jī)的，而是非常特異的。有一些特異的mRNAs家族以這種方式受到調(diào)控，且對(duì)于蛋白質(zhì)和表達(dá)和調(diào)控方式存在影響。”
作為一個(gè)例子，他提到了神經(jīng)元如何跨過(guò)廣闊的距離將信使傳遞至其他神經(jīng)細(xì)胞。*，舉例來(lái)說(shuō)當(dāng)mRNAs從脊髓向指尖移動(dòng)之時(shí)，mRNAs特異維持在一種靜息的狀態(tài)，直至到達(dá)指尖它們才會(huì)隨后激活生成新蛋白。
“mRNA保持靜息的條件是什么？有可能它們沒(méi)有戴帽，如果沒(méi)有的話，它們就不能被翻譯。或許在神經(jīng)元中細(xì)胞質(zhì)加帽是一種使信息恰好在正確時(shí)間被翻譯的功能，”Schoenberg說(shuō)。
或者，就癌癥來(lái)說(shuō)：“如果發(fā)生的事情之一是你正在生成縮短的蛋白質(zhì)而非全長(zhǎng)蛋白質(zhì)，且蛋白質(zhì)的調(diào)節(jié)部分在縮短蛋白質(zhì)中丟失，又將會(huì)怎樣？如果這是真的，你能夠干擾這一過(guò)程，因此干擾惡性腫瘤嗎？”
在這項(xiàng)新研究中，研究人員正在尋找這些貌似劣種mRNA的更進(jìn)一步的證據(jù)，然而他們卻轉(zhuǎn)而發(fā)現(xiàn)了發(fā)生于一些蛋白質(zhì)甚至還是基因眼中的微光之前的一個(gè)*意想不到的生物學(xué)過(guò)程：細(xì)胞核外的mRNAs的脫帽和重新加帽是由于細(xì)胞質(zhì)中的一個(gè)帽重復(fù)利用程序所造成。這一過(guò)程似乎使得某些RNAs停下來(lái)，在啟動(dòng)蛋白質(zhì)生成前不會(huì)被降解。
“這一發(fā)現(xiàn)告訴了我們基因、信使RNA和蛋白質(zhì)之間關(guān)系的一個(gè)*基礎(chǔ)的再加工。它遠(yuǎn)比我們認(rèn)識(shí)到更為復(fù)雜，”Schoenberg說(shuō)。
現(xiàn)在，這些科學(xué)家們只能推測(cè)這一意料之外的生物學(xué)過(guò)程的真正意義。Schoenberg實(shí)驗(yàn)室計(jì)劃在一種乳腺癌細(xì)胞系中更充分地研究這一現(xiàn)象。
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