細胞應(yīng)激顆粒中的mRNA確實可以表達蛋白

【資料簡介】

就像人一樣，細胞也會遭受應(yīng)激。突然的氧氣下降、過熱或毒素都會引發(fā)一連串的分子變化，導(dǎo)致細胞停止生長，產(chǎn)生應(yīng)激保護因子，并形成應(yīng)激顆粒（stress granule）---蛋白和RNA分子擠在一起而形成的無膜細胞器。雖然應(yīng)激顆粒的功能在很大程度上仍然是未知的，但人們認為它們只含有不被翻譯成蛋白的RNA。如今，一項新的研究了這一以來的觀點，表明應(yīng)激顆粒內(nèi)的信使RNA（mRNA）確實可以制造蛋白。
 

 

mRNA是單鏈RNA分子，在真核生物的細胞核中由DNA轉(zhuǎn)錄而來，然后被運送到細胞質(zhì)中，在那里它們被翻譯成蛋白。在細胞應(yīng)激反應(yīng)過程中，許多mRNA簇集在應(yīng)激顆粒內(nèi)---這一觀察使科學(xué)家們認為，當細胞受到威脅時，這些mRNA就停止了翻譯。

為了弄清楚這些由應(yīng)激引起的細胞器內(nèi)的mRNA會發(fā)生什么，論文通訊作者Jeffrey Chao博士、論文作者博士后研究員Daniel Mateju及其同事們開始觀察單個RNA分子與經(jīng)歷應(yīng)激的活細胞內(nèi)的應(yīng)激顆粒之間的相互作用。為此，他們用熒光標簽標記了應(yīng)激顆粒和單個mRNA分子。多虧了一種名為SunTag的創(chuàng)新抗體標記工具，他們還可以在蛋白產(chǎn)生時以單分子的精度進行可視化觀察。

利用這種方法，這些研究人員發(fā)現(xiàn)，即使mRNA被穩(wěn)定地定位在應(yīng)激顆粒內(nèi)，它仍然可以被翻譯成蛋白。雖然大多數(shù)mRNA的翻譯在應(yīng)激期間受到抑制，但是觸發(fā)應(yīng)激反應(yīng)所必需的特定基因（如ATF4）在這些條件下會增加它們的翻譯。通過使用ATF4-SunTag作為模型轉(zhuǎn)錄本，他們發(fā)現(xiàn)它在應(yīng)激顆粒中的翻譯并不是一個罕見的事件，而且完整的翻譯周期（起始、延伸、終止）可以在應(yīng)激顆粒中發(fā)生。此外，他們還發(fā)現(xiàn)有證據(jù)表明，在應(yīng)激過程中翻譯受到抑制的mRNA也可以在應(yīng)激顆粒中進行翻譯。

Mateju說，“我們的研究結(jié)果表明，mRNA定位到應(yīng)激顆粒與翻譯是相容的，并駁斥了應(yīng)激顆粒在抑制蛋白合成中起著直接作用。”

這些研究結(jié)果闡明了細胞應(yīng)激反應(yīng)的的細節(jié)。在單分子水平上對這些過程進行成像的能力可以進一步幫助更好地理解無膜細胞器和其他稱為生物分子凝聚物的分子簇的功能，這些分子簇被認為可以調(diào)節(jié)廣泛的生物過程。