如何以合適的速度生產(chǎn)蛋白質(zhì)

在所有真核生物中，遺傳物質(zhì)以 DNA 的形式儲(chǔ)存在細(xì)胞核中。為了使用，這種 DNA 首先在細(xì)胞質(zhì)中轉(zhuǎn)錄成信使 RNA，然后在核糖體的幫助下翻譯成蛋白質(zhì)，核糖體是一種能夠解碼信使 RNA 以合成適當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)的小型機(jī)器。然而，這種機(jī)制發(fā)生的速度并不一致：它必須適應(yīng)以允許蛋白質(zhì)采用正確的配置。事實(shí)上，生產(chǎn)率的放松管制會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)缺陷。未正確折疊的蛋白質(zhì)會(huì)聚集，變得無(wú)法使用并且通常對(duì)細(xì)胞有毒。通過(guò)分析酵母細(xì)胞中核糖體運(yùn)動(dòng)的速率，瑞士日內(nèi)瓦大學(xué) (UNIGE) 的一個(gè)團(tuán)隊(duì)與漢堡大學(xué)合作，已成功證明蛋白質(zhì)合成速率受調(diào)節(jié)因子調(diào)節(jié)，這些調(diào)節(jié)因子隨意改變信使 RNA 翻譯成蛋白質(zhì)的速率。這些結(jié)果可以在期刊中找到細(xì)胞報(bào)告。

蛋白質(zhì)是 3D 結(jié)構(gòu)，為了發(fā)揮作用，它們必須相互聯(lián)鎖或與合作伙伴相互作用。在結(jié)構(gòu)缺陷的情況下，蛋白質(zhì)聚集在一起，變得有毒并且可能是病理性的。這種現(xiàn)象實(shí)際上在許多神經(jīng)退行性疾病中觀察到，例如阿爾茨海默病或肌萎縮側(cè)索硬化。領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的 UNIGE 醫(yī)學(xué)院微生物學(xué)和分子醫(yī)學(xué)系教授 Martine Collart 解釋說(shuō)：“我們已經(jīng)知道，蛋白質(zhì)的制造速度會(huì)根據(jù)需要而變化：有時(shí)快，有時(shí)非常慢” .“但是，我們還不知道這種機(jī)制是如何控制的。”

核糖體分析

為了理解這個(gè)過(guò)程，科學(xué)家們使用了一種非常創(chuàng)新但仍然不為人所知的技術(shù)：核糖體分析。“這種方法可以確定細(xì)胞中特定時(shí)刻核糖體的位置”，Martine Collart 實(shí)驗(yàn)室的研究員兼醫(yī)學(xué)院“生物代碼：RNA 到蛋白質(zhì)”核心設(shè)施負(fù)責(zé)人 Olesya Panasenko 解釋說(shuō)，誰(shuí)專(zhuān)門(mén)研究這種技術(shù)。“它包括在特定時(shí)刻降解所有不受核糖體保護(hù)的 RNA，僅保留核糖體保護(hù)片段 (RPF)。然后我們對(duì)這些 RPF 進(jìn)行測(cè)序，以確定在那個(gè)特定時(shí)刻 mRNA 上有多少核糖體，以及在哪些位置。這表明翻譯的速度和效率。”

科學(xué)家們觀察了天然酵母細(xì)胞和轉(zhuǎn)基因酵母中蛋白質(zhì)生產(chǎn)的速度和動(dòng)態(tài)，以根據(jù)遺傳密碼確定可能的差異。在合成過(guò)程中，細(xì)胞內(nèi)會(huì)出現(xiàn)RNA和蛋白質(zhì)的小分子凝聚物，具有減慢核糖體生成速度的作用。“這些冷凝物的形成取決于調(diào)節(jié)因子的存在與否，稱(chēng)為 Not，它們充當(dāng)減速器”，Martine Collart 解釋說(shuō)。如果它們不存在，該機(jī)制會(huì)在錯(cuò)誤的位置加速并導(dǎo)致蛋白質(zhì)聚集。

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