Nature子刊:新型基因表達指南
日期:2013-08-21 09:13:58
來自瑞士洛桑聯邦理工學院的科學家們開發出了一個新型“指南”,可利用它來精確預測各種條件下某一特定基因生成的蛋白質量。這一研究工作將有助于生物學家們操控細胞。研究成果發表在8月18日的《自然遺傳學》(Nature Genetics)雜志上。
基因是在我們的細胞內監督我們身體形成的DNA片段。它們收到訂單生成特異的蛋白質;這些蛋白質是我們體內從器官到紅細胞中血紅蛋白一切物質的構成元件。因此我們的基因決定了我們是什么樣子。
由基因生成蛋白質的這一過程就稱之為基因表達,其非常的復雜,依賴于許多不同的相互關聯的因子。蛋白質影響基因,轉而又會影響蛋白質,直到現在生物學家們還沒有完全明白它是如何運作的,以及什么控制了這一系統。
洛桑聯邦理工學院的研究生Arun Rajkumar和Nicolas Denervaud,以及研究人員Sebastian Maerkl近期闡明了這些過程。他們開發了一個基因表達指南,揭示出了蛋白質量受到控制的機制。
基因并非簡單地“開啟”或“關閉”
每個基因的起始都有一段稱之為啟動子的DNA片段,其在蛋白質生成中起重要的作用。當啟動子激活時,基因會生成mRNA分子,隨后mRNA指導蛋白質生成。但基因并非只是簡單地“開啟”或“關閉”,它們生成的蛋白質量可以有很大的差異。Maerkl實驗室的研究人員開發了一個模型闡明存在于“開啟”和“關閉”之間的所有變化。
相比于開/關按鈕,更像是調光開關
研究小組利用酵母細胞,這一用于研究人類細胞中許多過程的模式系統來展開了研究工作。他們生成了209種不同的啟動子,將它們整合到酵母基因組中。然后將這209種酵母菌株置于一個微流體設備中,利用熒光方法確定了209種合成啟動子每種生成的蛋白質量。“我們的體內研究結果與在體外看到的相一致。這意味著我們可以開發一種計算機模型基于體外數據來預測基因的表達水平。具體來說,這項工作代表了一個‘基因表達說明手冊’,可以預測不同的啟動子結構是如何能夠導致不同的蛋白質量的。我們證實,只需讓啟動子發生一或兩個改變就可以精細地調節啟動子的輸出量,這有點像一盞燈上的調光開關,可以設置任意的光亮度,”Maerkl教授說。
定制工程細胞即將出現?
Maerkl教授的研究工作適用于所有的酵母啟動子,它代表了一項重要的研究突破。因為它提供的有關生物學過程的認知,將提高我們操控細胞的能力。Maerkl教授說:“我們還只是剛剛開始了解相關的現象。但這項工作是有前景的。如果我們能夠更好地理解生物學,我們應該能夠人工建造出更好操作的細胞,這些細胞更適合于生成例如生物燃料或抗瘧藥物?!?SPAN lang=EN-US>
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