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  • 發布時間:2015-12-17 16:15 原文鏈接: Cell子刊揭示mRNA驚人表達模式

      長期以來被視作是DNA與蛋白質之間的一個簡單鏈接,信使RNA從未提供過太多復雜的情節。然而,現在來自洛克菲勒大學的一項新研究表明,這一分子做了意想不到的事情。

      通過揭示RNA分子組成元件的表達差異(人們認為不會發生的事情),科學家們說他們發現了一些有趣的表達模式,表明了mRNA分子某些區域發揮了意料之外的功能。

      論文的資深作者、副教授Mary Hynes說:“我們發現mRNA的兩個組成部分按不平衡的比例表達,一個部分攜帶了編寫蛋白質的遺傳密碼,另一部分則沒有,這似乎并非是偶然發生的。我 們懷疑一部分不平衡的比例充當了調控蛋白質生成的一種機制,尤其是在胚胎發育過程中,并且也存在于成人體內。”

      發布在12月16日的《神經元》(Neuron)雜志上的研究結果,將焦點放在了信使RNA的某些區域。在轉錄后,每個mRNA分子都具有它核心的一段編碼序列,將根據這一指令來生成蛋白質。編碼序列兩側的兩個部分:3'非翻譯區(UTR)和5' UTR不會生成蛋白質。長期以來,人們都認為在一個mRNA分子內三個部分綁定在一起。

      利用洛克菲勒大學開發的一項叫做翻譯核糖體親和純化(TRAP)的技術,Hynes研究小組從胚胎小鼠多巴胺神經元中分離出了純化的mRNA。利用 一種瀏覽器顯示出表達的mRNA區域,他們驚訝地發現多巴胺神經元中大量的基因豐富地表達3'UTR mRNA序列,很少或幾乎沒有表達這些mRNAs的編碼區域。這種情況是真實的,例如Sox家族中的兩個基因Sox11和Sox12,眾所周知它們在發育 過程中幫助決定了細胞命運。

      這與普遍的觀點:一旦基因轉錄為mRNA,5' UTR、3' UTRs和編碼區域作為一個單位來發揮作用,直至蛋白質生成,mRNA降解相矛盾。

      早先的一項研究指出了相似的差異性,但沒有探究生物學意義,其數據也沒有得到廣泛的關注。Hynes和同事們著手完成了下一步的調查:因為沒有編碼序列就無法生成蛋白質,細胞生成大量3' UTR序列而沒有任何編碼序列的原因?

      為了驗證這些研究結果,及了解這是否限于多巴胺神經元、發育過程或神經系統,研究小組利用了一些綠色探針來標記胚胎和成人組織19個基因的編碼序列,用紅色探針標記它們的3' UTRs。

      Hynes 說:“基于以往的認識,組織中的每個細胞預計應該顯示黃色(兩者均表達)或黑色(兩者皆不表達)。然而讓我們驚訝地是,當我們檢測大腦中的Sox11 mRNA時,我們發現許多神經元是紅色的,主要表達UTR,也有許多是綠色的,主要表達編碼序列。”

      他們進而證實,每個檢測基因都是這種情況,在胚胎、成人體內及神經系統外部UTR和編碼序列差異性表達。甚至一些廣泛表達的基因例如β -actin——對細胞運動和結構至關重要的蛋白,也顯示出UTR和編碼序列表達差異。

      當他們將蛋白質表達考慮進去時,發現3' UTR與編碼序列表達比值越高,蛋白質水平越低——表明高水平的3' UTR有可能以某種方式參與下調了蛋白質生成。但Hynes說,目前還不清楚這是如何發生的。

      接下來,他們將注意力再度放到發育多巴胺神經元上,他們發現有9000個基因在多巴胺神經元中活化。在紐約基因組中心的幫助下,他們比較了有著高 UTR/編碼序列比值的基因與顯示對比比值基因的生物功能。結果顯示,許多高UTR基因尤其在發育過程中發揮作用,而對比比值基因常常與一些普通的細胞過 程有關。

      “在發育過程中神經元或許需要表達某個基因,但只表達特定的數量。太多或太少都有可能是有害的,會導致不可逆轉的命運改變。因此,我們認為這有可能是一種精細滴定一種活化基因蛋白質水平的機制,”Hynes說。

      由于一些RNA表達研究可以依靠UTRs、編碼區或兩者內的序列,它們或許會丟失重要的信息。“進一步,我認為當一項RNA測序實驗表明一個基因高水平表達時,研究人員將要仔細看看這兩個組成部分的相對水平,以獲得誰正在表達的更準確的圖像,”Hynes說。

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