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Cell:拯救受困的細胞工廠

日期:2014-03-21 09:45:01

 

利用強大的數據處理技術,來自約翰霍普金斯大學的研究人員闡明了一種蛋白阻止缺陷遺傳物質擾亂細胞運作的機制。這種稱作為Dom34的蛋白似乎在蛋白質制造工廠——核糖體陷入遵從缺陷遺傳指令的困境時“拯救”了它。這一研究發現發表在近期的《細胞》(Cell)雜志上。

 

約翰霍普金斯大學醫學院分子生物學與遺傳學系教授、霍華德休斯醫學研究所研究員Rachel Green博士說:“我們已經知道結合Dom34可使得核糖體脫離mRNAs,由此宣告‘一切結束’。沒有它,動物無法存活。在這項研究中,我們看到了這一蛋白在現實生活中的行為,它只在核糖體處于一種非常特殊的危險時刻時才會撲過去。”

 

核糖體利用mRNA長鏈分子上的遺傳指令來生成細胞執行功能所需的蛋白質。通常,核糖體沿著mRNA鏈移動,隨之生成蛋白質,直至它們遭遇到稱作為終止密碼子的遺傳序列。在那一時刻,蛋白質合成完成,專門的回收蛋白幫助核糖體脫離RNA,分解成碎片。

 

之后這些碎片在一條不同的RNA上再次聚合,重新開啟這一過程。Green早先的Dom34研究工作表明,這一蛋白有可能是介入到終止密碼子的回收蛋白之一。

 

為了看看情況是否確實如此,Green利用了加州大學舊金山分校開發的一種方法來分析核糖體的“印跡”。2009年,科學家們報告稱他們碾碎酵母,溶解了在那一時刻核糖體內所有不受保護的RNA。他們隨后取得剩余的RNA片段,分析了它們的遺傳組成。再將序列數據與mRNA相匹配,由此研究人員獲得了在特定時刻實時翻譯為蛋白質的確切RNA以及基因圖像。

 

Green和博士后研究人員Nick Guydosh采用了這種方法來了解Dom34承擔的職責。Guydosh編寫了一個計算機程序來比較有無功能性Dom34基因的酵母的印跡數據。隨后這一程序確定了缺失Dom34細胞中的核糖體往往會停頓在信使RNAs的什么位置。Guydosh說,在正常細胞中Dom34就是在這些位點拯救了核糖體。

 

“許多‘交通堵塞’都有一個共同點,就是RNA缺乏讓核糖體正常再利用的終止密碼子,”他說。例如一些問題mRNA不完整,這是一種常見事件,因為切斷mRNAs是細胞調控蛋白質生成量的一種方式。

 

換句話說,RNA有終止密碼子,但卻有奇怪和意想不到的事情發生:核糖體經過終止密碼子,繼續進入到沒有蛋白質生成指令的無人區。Guydosh 說:“至少在一段時間內,核糖體繼續移動卻沒有停止合成蛋白。據我們所知,這種‘搜索’活性前所未見——這是一個大的驚喜。”

 

Green說:“這些結果向我們表明了我們為什么需要Dom34才能生存下去:它是唯一能夠拯救困在RNAs上的核糖體的蛋白。沒有它,細胞最終會耗盡它們合成蛋白質所需的核糖體。”

 


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