Science:蛋白質(zhì)翻譯的真相
日期:2015-03-20 08:52:12
Yeshiva大學(xué)的科學(xué)家們開發(fā)了一個新熒光標(biāo)記技術(shù),首次確定了蛋白質(zhì)合成的時間和地點。該技術(shù)允許研究者在活細(xì)胞中直接觀察mRNA分子翻譯成蛋白質(zhì)的過程,有助于揭示蛋白質(zhì)合成異常引發(fā)人類疾病的具體機(jī)制。這項研究發(fā)表在三月二十日的Science雜志上。
“過去我們一直沒能確切查明mRNA翻譯成蛋白質(zhì)的時間和地點,”Robert H. Singer教授說,他是這項研究的領(lǐng)導(dǎo)者之一。“這種信息對于研究疾病的分子基礎(chǔ)很關(guān)鍵,比如說腦細(xì)胞的蛋白合成失調(diào)如何導(dǎo)致神經(jīng)退行性疾病中的記憶缺陷。”
蛋白質(zhì)合成的指令編碼在細(xì)胞核內(nèi)的基因中。從這些指令到真正的蛋白質(zhì),需要經(jīng)過轉(zhuǎn)錄和翻譯這兩個步驟。在轉(zhuǎn)錄過程中mRNA“讀取”基因的DNA序列。隨后這些mRNA從細(xì)胞核移動到細(xì)胞質(zhì)與核糖體匯合,作為模板進(jìn)行蛋白合成的第二步——翻譯。
為了觀察翻譯過程,Dr. Singer及其同事利用了第一輪翻譯開始時的一個關(guān)鍵事件:核糖體取代mRNA上的RNA結(jié)合蛋白。研究人員給mRNA分子標(biāo)記上綠色和紅色兩個熒光蛋白。在mRNA生成的細(xì)胞核內(nèi),帶有兩種熒光蛋白的mRNA表現(xiàn)為黃色。在進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)以后,mRNA的顏色就取決于它們的命運。
當(dāng)mRNA與核糖體結(jié)合時,核糖體取代mRNA的綠色熒光蛋白。結(jié)果是結(jié)合核糖體并準(zhǔn)備翻譯蛋白質(zhì)的mRNA呈現(xiàn)紅色,而所有未翻譯的mRNA呈現(xiàn)黃色。研究人員將這一技術(shù)命名為TRICK(Translating RNA Imaging by Coat protein Knock-off)。
為了測試這一技術(shù)的實用性,研究人員在果蠅卵母細(xì)胞中檢測了oskar mRNA表達(dá)的時間和地點。果蠅是研究人類疾病的常用模型,而oskar對于果蠅胚胎的正常發(fā)育非常關(guān)鍵。研究人員給oskar mRNA標(biāo)記上紅色和綠色熒光蛋白,并將其插入果蠅卵母細(xì)胞的細(xì)胞核。
“我們看到,oskar mRNA到達(dá)卵母細(xì)胞后極才開始翻譯,”Dr. Singer說。“我們之前曾經(jīng)這樣推測過,而現(xiàn)在我們有了決定性的證據(jù)。研究者們可以用TRICK技術(shù)在果蠅發(fā)育過程中剖析mRNA翻譯所需的一系列調(diào)控事件。”
研究人員還發(fā)現(xiàn),mRNA走出細(xì)胞核之后沒有馬上開始蛋白質(zhì)翻譯, 而是進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)幾分鐘之后才開始翻譯。“我們從來不知道存在這樣一段時間,”Dr. Singer說。“這是TRICK帶來的又一個新知識。”