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Cell頭條:mRNA內(nèi)置“自毀定時(shí)器”

日期:2011-12-27 08:38:14

近日來自美國耶什華大學(xué)愛因斯坦醫(yī)學(xué)院的研究人員首次發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞調(diào)控信使RNA(mRNA)衰減的分子機(jī)制,這一研究發(fā)現(xiàn)或可幫助找到調(diào)控細(xì)胞分裂的相關(guān)策略,并基于此逆轉(zhuǎn)癌細(xì)胞的細(xì)胞分裂失控。相關(guān)研究論文在線發(fā)表在1223日的《細(xì)胞》(Cell)雜志上。

 

“我們研究的這些mRNA分子的命運(yùn)類似于一出希臘悲劇,”文章的資深作者、愛因斯坦解剖學(xué)和結(jié)構(gòu)生物學(xué)系教授及聯(lián)合主席、格魯斯理柏生物光子學(xué)中心(Gruss-Lipper  Biophotonics  Center)聯(lián)合負(fù)責(zé)人Robert  Singer博士說:“它們生命長短在誕生的那一刻就已經(jīng)被注定?!痹谛卵芯恐?,Singer博士利用先進(jìn)的顯微鏡技術(shù)首次在單個(gè)酵母細(xì)胞中對(duì)mRNA單分子進(jìn)行了實(shí)時(shí)觀測(cè)。

 

基因是能夠自我復(fù)制、永遠(yuǎn)保存的單位,它的生理功能是以蛋白質(zhì)的形式表達(dá)出來的。DNA核苷酸序列是遺傳信息的儲(chǔ)存者。根據(jù)經(jīng)典的中心法則(Central dogma),DNA通過自主復(fù)制得以永存,通過轉(zhuǎn)錄生成mRNA,進(jìn)而翻譯成蛋白質(zhì)的過程來控制生命現(xiàn)象,即貯存在DNA中的遺傳信息通過轉(zhuǎn)錄、翻譯成為蛋白質(zhì),體現(xiàn)為豐富多彩的生物界。因而在遺傳信息的傳遞過程中,mRNA分子充當(dāng)?shù)氖堑鞍踪|(zhì)合成模板的作用。長期以來科學(xué)家們都質(zhì)疑當(dāng)細(xì)胞中的蛋白質(zhì)聚焦達(dá)到有害水平時(shí),是否存在某種機(jī)制通過降解mRNA來實(shí)時(shí)調(diào)控蛋白質(zhì)水平?!拔覀冎皇遣聹y(cè)在此時(shí)細(xì)胞通過某種未知的機(jī)制摧毀了它的mRNA,然而長期以來卻無人知曉這一過程是如何發(fā)生的,”Singer博士說。

 

為了探究這一機(jī)制,Singer博士和同事們將研究焦點(diǎn)放在了細(xì)胞周期調(diào)控基因SWI5CLB2上面。過去的研究表明為了精確調(diào)控細(xì)胞周期,SWI5 CLB2基因編碼蛋白水平必須受到精密地調(diào)控,這表明SWI5 CLB2基因編碼生成的mRNAs是研究降解機(jī)制最理想的mRNA候選分子。在新研究中,研究人員驚訝地發(fā)現(xiàn)這些mRNAs事實(shí)上攜帶著與生俱來的 “自毀定時(shí)器”。

 

在基因的轉(zhuǎn)錄過程中,基因上的啟動(dòng)子通常發(fā)揮著基因開關(guān)的作用啟動(dòng)DNA轉(zhuǎn)錄生成mRNA。研究人員發(fā)現(xiàn)SWI5 CLB2基因啟動(dòng)子區(qū)域還具有其他的功能:它們將一種稱為Dbf2p的蛋白招募到了正在合成的mRNA分子上。

 

這些SWI5 CLB2基因轉(zhuǎn)錄生成的mRNAs分子攜帶著Dbf2p蛋白從細(xì)胞核移位到細(xì)胞質(zhì)。在細(xì)胞質(zhì)中,Dbf20p蛋白與mRNA分子上的Dbf2p相結(jié)合,兩種蛋白一同啟動(dòng)了mRNAs分子的急劇衰減。

 

“我們的研究結(jié)果表明,這些基因編碼蛋白水平之所以能受到嚴(yán)格調(diào)控是因?yàn)樵缭?SPAN lang=EN-US>mRNA生成之時(shí),基因即通過啟動(dòng)子區(qū)域決定了這些mRNA分子的命運(yùn),”Singer.博士說:“這些啟動(dòng)子區(qū)域利用Dbf2p蛋白標(biāo)記新生成的mRNA,這一從mRNA生成至最終衰減過程中粘附在mRNA上的蛋白可最終對(duì)終止蛋白合成的信號(hào)作出反應(yīng),從而導(dǎo)致mRNA毀滅?!?SPAN lang=EN-US>

 

雖然目前這些研究發(fā)現(xiàn)是在酵母細(xì)胞中獲得的,Singer表示相信在人類細(xì)胞中也存在相似的mRNA衰減機(jī)制,并可利用這一機(jī)制來防治癌癥?!耙坏┠惬@得細(xì)胞周期和細(xì)胞分裂調(diào)控機(jī)制的深刻理解,你就能夠找到控制癌細(xì)胞分裂失控的方法,由此制定出靶向性的治療策略,”Singer博士說。


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