暨大生科院用定量化中心法則進(jìn)行核酸研究

【資料簡(jiǎn)介】

 

 

生物遺傳中心法則于1958年由克里克提出，然而半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，這一過(guò)程的定量傳遞關(guān)系一直困擾著科學(xué)界，近日暨南大學(xué)功能蛋白質(zhì)研究廣東普通高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室張弓研究員、王通研究員和何慶瑜教授在新研究中建立定量的中心法則，將之前只能定性描述的“中心法則”*次定量化，相關(guān)論文發(fā)表在2013年3月21日的《核酸研究》（Nucleic Acids Research）上。

 

生物學(xué)基本理論之一的“中心法則”于1958年被提出，定性地說(shuō)明了mRNA通過(guò)翻譯過(guò)程生成蛋白質(zhì)，但隨后55年，這一過(guò)程的定量傳遞關(guān)系卻一直困擾著科學(xué)界。數(shù)十年來(lái)的研究表明，不同物種中的mRNA豐度和蛋白質(zhì)豐度普遍相關(guān)性較低，R2在0.01-0.50之間。由于某些mRNA分子并不被翻譯，早在2001年，Pradet-Balade等人就提出假說(shuō)：翻譯中的mRNA（也就是核糖體-新生肽鏈復(fù)合物中的mRNA，RNC-mRNA）的豐度應(yīng)該更能反映蛋白質(zhì)的豐度。然而，隨后有限的研究表明，這種二元相關(guān)性仍然較低，R2在0.4以下。因此，從mRNA到蛋白質(zhì)的定量傳遞關(guān)系一直是中心法則沒(méi)有解決的科學(xué)問(wèn)題。

 

張弓、王通和何慶瑜課題組利用穩(wěn)態(tài)人類細(xì)胞進(jìn)行了相對(duì)定量研究，在RNC-mRNA和蛋白質(zhì)相對(duì)豐度之間加入mRNA的長(zhǎng)度作為獨(dú)立的因素，發(fā)現(xiàn)RNC-mRNA和蛋白質(zhì)相對(duì)豐度與mRNA的長(zhǎng)度之間存在顯著的三元對(duì)數(shù)線性相關(guān)定量關(guān)系，R2在0.94以上，亦即超過(guò)94%的蛋白質(zhì)的相對(duì)豐度可以通過(guò)其翻譯中RNC-mRNA的相對(duì)量和mRNA長(zhǎng)度計(jì)算獲得。這一結(jié)果使中心法則中的定量關(guān)系難題在相對(duì)定量模型中得到初步解決。

 

同時(shí)，該研究提出了翻譯比率的新概念（translation ratio, TR），即能夠進(jìn)入翻譯的mRNA比例，可由RNC-mRNA與總mRNA的比值獲得，主要表征著翻譯起始的效率。本研究發(fā)現(xiàn)，癌癥細(xì)胞中各種mRNA的TR普遍比正常細(xì)胞上調(diào)，而且長(zhǎng)度越短的基因具越高的TR，表明更容易被翻譯。同時(shí)，具顯著TR改變的基因與肺癌的惡性表型密切相關(guān)。

 

該研究在理論上提出中心法則的系統(tǒng)生物學(xué)相對(duì)定量規(guī)律，報(bào)道了通過(guò)RNC-mRNA預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)相對(duì)豐度變化的新策略，這表明，人類穩(wěn)態(tài)細(xì)胞所表達(dá)的12000多種蛋白質(zhì)中的絕大部分相對(duì)量可通過(guò)該研究提出的三元模型計(jì)算獲得，實(shí)現(xiàn)了用核酸大規(guī)模測(cè)序技術(shù)來(lái)研究蛋白質(zhì)組相對(duì)定量信息的目標(biāo)。同時(shí)，TR及其生物學(xué)意義的提出，為癌癥細(xì)胞表型研究、分子機(jī)制研究和新治療策略提供了全新的研究方向。

 

目前該課題組正在利用定量模型對(duì)該理論進(jìn)行更深入的探究，成果將在近期內(nèi)發(fā)表。