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顯微技術首次揭示蛋白質何時何地製造

  • 發佈時間:2015-03-21 01:29:49  來源:科技日報  作者:佚名  責任編輯:羅伯特

  科技日報北京3月20日電 (記者常麗君)美國葉史瓦大學阿爾伯特·愛因斯坦醫學院與國際合作者共同開發出一種新奇的熒光顯微技術,第一次顯示了蛋白質是何時何地製造出來的。當信使RNA分子(mRNAs)在活細胞中被轉譯成蛋白質時,研究人員能直接觀察到單個的mRNAs。相關論文發表在3月20日的《科學》雜誌上。

  據物理學家組織網3月20日(北京時間)報道,這一技術稱為TRICK(即利用外殼蛋白減少實現轉譯RNA成像)。經過在活的人體細胞和果蠅中進行實驗,研究人員認為,該技術有助於揭示“違規”的蛋白質合成在發育異常和人類疾病過程中起了哪些促進作用,包括與老年癡呆症和與記憶紊亂有關的疾病。

  以往人們無法確切知道mRNAs在何時何地被轉譯成蛋白質。該研究共同負責人、愛因斯坦醫學院格魯斯·利帕生物光子學中心副主管羅伯特·辛格説:“這種能力對研究疾病的分子基礎非常關鍵,比如在神經退化過程中,腦細胞中的蛋白質合成失調會導致記憶缺失。”

  製造蛋白質的指令在細胞核基因中編碼,指令會帶來真實的蛋白質。這包括兩個步驟:第一步叫做“轉錄”,由mRNAs“讀取”基因DNA,然後這些mRNAs從細胞核出來進入細胞質,粘附到一種核糖體結構上,在這裡進行第二步——蛋白質合成:以粘附在核糖體上的mRNAs為模板,構建蛋白質。

  為了將轉錄可視化,辛格和同事利用了第一輪轉錄過程中的一個關鍵事件:核糖體要與mRNAs粘在一起,必須替換mRNAs上的一種RNA結合蛋白。他們合成了含有兩個熒光蛋白(一紅一綠)mRNAs副本。在細胞核中,mRNAs有紅綠兩個蛋白標記顯出黃色,進入細胞質後,會根據情況改變顏色。

  在mRNAs結合核糖體時,核糖體會取代mRNAs的綠色熒光蛋白而使其顯出紅色,所以與核糖體成功結合的mRNAs顯紅色,並將被轉譯成蛋白質;同時,未轉譯的是黃色。

  在實驗這一技術時,德國合作人員研究了果蠅卵母細胞中一種叫做oskar基因的mRNAs的表達。他們給oskar的mRNAs標記了紅色和綠色熒光蛋白,然後插入果蠅的卵母細胞核中。

  “利用TRICK技術,oskar的mRNAs在到達卵母細胞的後極以後才被轉錄。”辛格説,“以前我們對此還有懷疑,現在有了確切的證據。下一步,我們將利用這一技術來剖析mRNAs轉錄過程中的一連串調控事件。”

  總編輯圈點

  生命之所以神秘,是因為人類對這種超精密設計和運作的系統知之甚少。在生命形成和發展過程中,有一個環節叫做“蛋白質合成調控”,mRNAs是調控作用中的關鍵角色。因此,借助本文介紹的技術,觀察到科學家夢寐以求的蛋白質合成瞬間,成為研究合成“得失成敗”以及“前因後果”的前提;進一步深入下去,科學家對因合成瞬間“違規”産生的重大疾病,或是提前預防,或是實時干預,或是後期治療,就更能“取之有道”了。

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