著名學者莊小威Cell發布重大突破

　　來自哈佛大學的研究人員報告稱，她們在活細胞中實時成像了單個mRNA分子翻譯。這一重大的突破性成果發布在5月5日的《細胞》（Cell）雜志上。

　　論文的通訊作者是著名的華人女科學家莊小威（Xiaowei Zhuang）。莊小威早年畢業于中國科技大學少年班，34歲時成為了哈佛大學的化學和物理雙學科正教授，是哈佛物理系和化學系少有的雙科教授。2012年 莊教授當選為美國國家科學院院士，刷新了美國科學院最年輕華人院士的紀錄。她所研發的超高分辨率技術STORM與諾獎得主Eric Betzig的成果不相伯仲，卻和2014年的諾貝爾化學擦肩而過。

　　每年，莊小威都會領導課題組在Science、Nature、Cell三大期刊上發布一些她們取得的重大科研突破。2016年開年，莊小威的研究小組采用超分辨率成像揭示出了不同表觀遺傳狀態的獨特染色質折疊。這一重要的成果發布在1月13日的Nature雜志上。2月，莊小威教授與美國石溪大學助理教授Jarrod B. French，康寧公司的Ye Fang，以及賓夕法尼亞州立大學的Stephen J. Benkovic教授合作，揭示出了嘌呤體（Purinosome）與線粒體之間的空間共定位及功能上的關聯。這一重要的研究發現發布在Science雜志上。

　　在這篇新Cell文章中莊小威和合著作者指出，翻譯使得mRNAs攜帶的遺傳信息能夠流入到功能性的蛋白質中。翻譯調控是基因表達調控程序一個基本的組成部分，翻譯錯誤調控與自閉癥、神經變性和癌癥等一些人類疾病密切相關。因此，了解翻譯的時空調控對于認識基本的細胞行為及疾病至關重要。

　　科學家們已采用了各種各樣的方法來研究翻譯調控。例如用放射性或熒光探針代謝標記所有新合成的多肽，或是通過目的轉錄物中的編碼熒光蛋白來檢測翻譯活性。為了在全基因組范圍內檢測基因特異性的翻譯活性，還開發出了多核糖體分析和核糖體分析方法。盡管這些方法取得了一些成功，為了更好地理解翻 譯的時空調控，仍然需要一種新的方法允許在活細胞中實時追蹤單個mRNA分子翻譯活性的瞬間動態，及保存翻譯位點的精確空間信息。

　　在這項Cell新研究工作中，莊小威及同事們開發出了一種成像技術可在活細胞中實時直接監測單個mRNA分子的翻譯活性。這一方法是基于近期加州大學Ronald Vale實驗室的博士后Marvin Tanenbaum開發的SunTag 系統，通過讓熒光單鏈可變區片段(scFv)抗體結合串聯排列的同源肽段來檢測新生多肽。通過利用預制熒光團（fluorophore），避免了滯后讀取熒光蛋白成熟引起的翻譯活 性，這一方法允許在翻譯位點直接顯像翻譯事件。

　　研究人員將這一方法應用于不同的系統證實了它各個方面的能力。首先，為了測試新方法實時捕獲翻譯調控動態的能力，她們研究了對環境壓力的翻譯反應，捕捉到包含ATF4上游開放閱讀框(uORFs)的轉錄物一種有趣的脈沖狀的翻譯上調。接下來，她們通過研究不同亞細胞區室中多核糖體的移動性解析了單個多核糖 體的空間動態。最后，研究人員利用原代神經元檢測了這一系統是否能夠適用于在復雜的極化細胞中研究局部翻譯，并直接捕獲了樹突中3′ UTR依賴性的局部翻譯，觀察到了啟動翻譯及進入多核糖體翻譯狀態后 mRNA分子的主動轉運。

　　莊小威開發的這種新方法是通過預制的遺傳編碼熒光團多價熒光擴增新生肽信號來實時、原位檢測單個 mRNA轉錄物的翻譯活性。這種方法具有的解析單個mRNA分子翻譯時空信息的能力，有望為研究活細胞中翻譯調控的動態和機制開辟新機會。