西亞試劑：基因激活方式并不總以高度協(xié)調(diào)的方式進(jìn)行

近日來自葉史瓦大學(xué)阿爾伯特愛因斯坦醫(yī)學(xué)院的科學(xué)家們在研究中獲得了一項意外發(fā)現(xiàn)。新研究證實某些基因不是以科學(xué)家們常規(guī)認(rèn)為的協(xié)調(diào)方式而是一種隨機(jī)的方式發(fā)揮作用構(gòu)建蛋白質(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)，研究結(jié)果發(fā)表在12月5日《自然結(jié)構(gòu)和分子生物學(xué)》（Nature Structural and Molecular Biology）期刊的網(wǎng)絡(luò)版上。新研究發(fā)現(xiàn)將有可能改變科學(xué)家們對的同步化細(xì)胞過程的思考方式。

人體所有細(xì)胞內(nèi)都包含著蛋白質(zhì)復(fù)合物，這些蛋白質(zhì)復(fù)合物負(fù)責(zé)執(zhí)行細(xì)胞的一些基本功能例如產(chǎn)生能量和幫助細(xì)胞分裂。裝配這些蛋白質(zhì)復(fù)合物需要許多不同基因的參與，由這些基因編碼的蛋白質(zhì)可選擇性地形成蛋白質(zhì)復(fù)合物，例如核糖體就是細(xì)胞內(nèi)由蛋白質(zhì)合成的極其重要的結(jié)構(gòu)（人類及大多數(shù)其他生物體的核糖體都是由核糖核酸（RNA）和80種不同的蛋白質(zhì)組成）。長期以來科學(xué)家們都想當(dāng)然地認(rèn)為參與形成這些復(fù)合物結(jié)構(gòu)的基因是以一種高度協(xié)調(diào)的方式被激活。

“我們的發(fā)現(xiàn)是非常令人驚訝的，”論文的資深作者、愛因斯坦醫(yī)學(xué)院細(xì)胞生物學(xué)和神經(jīng)科學(xué)系教授、解剖學(xué)和結(jié)構(gòu)生物學(xué)教授及聯(lián)合主席Robert Singer博士說道：“這些形成核糖體和其他蛋白質(zhì)復(fù)合物蛋白亞單位的基因根本不是協(xié)調(diào)性地進(jìn)行基因表達(dá)。事實上，這些基因相互完全不發(fā)生聯(lián)系，因此我們將它們稱之為‘無線索’（ clueless）基因。”

基因表達(dá)是指將一個基因中的脫氧核糖核酸（DNA）信息轉(zhuǎn)錄為信使RNA（mRNA）分子，進(jìn)而mRNA從細(xì)胞核移位到細(xì)胞質(zhì)中提供模板指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的過程。為了了解特異基因的協(xié)同表達(dá)，Singer博士和他的同事們檢測了個別細(xì)胞中由這些基因轉(zhuǎn)錄的mRNA分子。研究發(fā)現(xiàn)相比于完全無關(guān)的基因，由這些‘無線索’基因簇生成的mRNA更加不具有協(xié)同性。

這些編碼核糖體和其他蛋白質(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)的“無線索”基因被稱為管家基因，它們在細(xì)胞內(nèi)無時無刻保持著“待命”狀態(tài)。而其他的基因簇則通常保持沉默狀態(tài)直至特殊情況誘導(dǎo)它們激活。研究人員發(fā)現(xiàn)相比于“無線索”管家基因，這些誘導(dǎo)基因通常以一種有規(guī)則的方式發(fā)揮作用。例如將酵母細(xì)胞放入包含半乳糖的營養(yǎng)素培養(yǎng)基中培育可啟動代謝半乳糖的三個基因高度協(xié)同表達(dá)。

“我們的研究結(jié)果表明對于形成核糖體、蛋白酶體和其他細(xì)胞內(nèi)基本結(jié)構(gòu)的這些管家基因，細(xì)胞采用了非常簡單的基因表達(dá)模式，不同于原來科學(xué)家們所認(rèn)為的，這種表達(dá)模式要求較少的協(xié)調(diào)性，”論文的第一作者Saumil Gandhi說：“那些基因隨機(jī)地激活，與功能相關(guān)基因簇成員一起編碼蛋白。并且細(xì)胞以某種未知的方式設(shè)法克服了這一隨機(jī)性，成功地組裝了這些蛋白質(zhì)復(fù)合物。”（