著名學者莊小威eLife發表新成果
日期:2016-06-02 09:26:04
在真核細胞中,轉錄組的空間組織已經成為調節RNA轉錄后命運的一種有力手段;然而,原核生物是否使用RNA空間組織作為一種轉錄后調控機制,尚不清楚。5月20日,哈佛大學霍華德休斯醫學研究所的華裔女科學家、美國科學學院院士莊小威帶領的研究小組,在國際著名學術期刊《eLife》發表題為“Spatial organization shapes the turnover of a bacterial transcriptome”的研究成果。這項研究使用超高分辨率顯微鏡來影像大腸桿菌轉錄組,并觀察到了RNA的全基因組空間組織。
mRNA分子編碼的蛋白質,是細胞生存和發展所必需的。因此,一個細胞內mRNA的數量,對于確定一個細胞含有的蛋白質的數量和類型,以及細胞的行為,起著至關重要的作用。
現已證明,在真核生物中,比如人類,不僅僅是mRNA的數量影響著細胞的行為,而且還與mRNA分子在細胞內的位置有關。然而,長期以來人們認為,在細菌中——比人類細胞小得多,一個mRNA在細胞內的位置并不影響其行為。盡管如此,最近有科學家對少量的細菌mRNAs進行了研究,發現一些這樣的小分子以比平常多的數量,存在于細胞內某些位置。這表明,位置可能影響一些細菌mRNAs的活性。但是,類似的定位模式是否發生在細菌產生的成千上萬個不同mRNA中呢?
為了解決這個問題,莊小威帶領的研究小組開發出一種方法,可影像細菌中大量已定義的mRNAs。使用這一方法來研究大腸桿菌,研究人員發現,細菌產生的所有mRNA中,有相當一部分將自己定位在細胞內的特定位置。例如,一些停留在細胞內膜的蛋白質的編碼mRNAs,也較多地存在于這層膜上。這種定位也在這些mRNAs的生命中起著重要的作用,因為它們比在細胞其他位置更快的被降解。這種增強的降解率,部分原因是因為分解mRNA分子的酶,也存在于膜上。
因此,細菌可能通過控制mRNA在細胞內的位置,塑造了mRNA被制成蛋白質的過程。接下來是要弄清,為什么細菌會使用細胞位置來影響mRNA降解的速度?
研究人員進一步證明,信號識別顆粒(SRP)所識別的信號肽的共翻譯插入,是內膜蛋白mRNA的這種膜定位的原因。為了探討這種轉錄組級別的組織的生理學后果,研究人員使用時間分辨率的下一代測序,來檢測mRNA的壽命,發現與編碼外膜蛋白、細胞質和周質蛋白的mRNAs相比,編碼內膜蛋白的mRNA選擇性的變得不穩定。
最后,為了闡明這種選擇性不穩定的潛在機制,研究人員影像了大腸桿菌中與RNA處理相關的所有酶的分布,并觀察到,RNA降解體的成員富集在膜上。一個遺傳干擾——將這些酶從膜上去除,可優先穩定編碼內膜蛋白的mRNAs,從而表明,它們與膜結合RNA降解體的靠近,可能是這些mRNAs天然去穩定的原因。
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