F1000：最值得关注的分子生物学论文

　　

生物通报道  “F1000（Faculty of 1000 Medicine）”又名“千名医学家”，是由美国哈佛大学和英国剑桥大学等全世界2500名国际顶级医学教授组成的国际权威机构。其中近期最受关注的分子生物学论文如下：

1.新型荧光标记蛋白

由于在发现和研究绿色荧光蛋白方面作出的杰出贡献，美籍华裔科学家钱永健（Roger Tsien）与日美科学家共同分享了2008年的诺贝尔化学奖。在这篇文章中，钱永健领导的研究小组合成了一种新型基因编码荧光蛋白，这一研究成果将有可能推动电子显微镜产生重大变革。这个通过基因工程改造的拟南芥蛋白“miniSOG”大小为GFP蛋白的一半不到，能够结合到一组特征化的蛋白质上，准确地标记各种哺乳动物细胞以及啮齿类动物和线虫体内的细胞。

X. Shu, et al., “A genetically encoded tag for correlated light and electron microscopy of intact cells, tissues, and organisms,” PLoS Biology, 9:e1001041, 2011.

2.新型荧光标记工具

近日来自美国威尔康乃尔医学院（Weill Cornell Medical College ）的研究人员称他们开发了一种可以跟GFP蛋白媲美的新型荧光工具，这种被命名为“Spinach”的RNA-荧光基团复合物可用于追踪细胞内各种RNA的功能动态。这一新技术将帮助推动科学家们揭开与人类生命活动及疾病相关的RNA的神秘面纱。

在过去的几年里，RNA分类研究不断取得突破性进展，在揭开编码蛋白质的信使RNA(mRNA)之后，研究人员又发现了多种影响翻译及基因表达的“非编码”RNAs，并证实某些情况下这些RNAs可直接与蛋白质结合对其功能进行调控。然而一直以来科学家们对于这些RNAs的作用机制却知之甚少。

鉴于GFP蛋白在细胞内蛋白质功能研究中的广泛应用，Jaffrey研究小组提出了一个奇妙的设想：能否开发出一种具有GFP相似功能的荧光RNA复合物，用于细胞内RNAs动态研究。

在新研究中，Jaffrey研究小组的科研人员利用RNA能够折叠形成复杂三维形状的特性，构建了两个新实体（entities，生物通译）：一段显示特异形状的合成RNA序列，以及一个与RNA结合后发射荧光的小分子。“在这一研究中，我们面临着两个巨大的挑战，”Jaffrey博士说：“第一是要获得能够激活小分子的RNA序列，第二则是要找到能够进行时间控制且对细胞无毒性作用的荧光小分子。

Jaffrey等对多种分子进行了尝试性实验，其中大部分由于会与细胞膜上的油脂结合发射荧光或本身具有细胞毒性而无法将其用于构建理想的荧光分子。最终，研究人员发现GFP蛋白中就包含了他们一直想寻找的分子——一种荧光基团。于是研究人员根据这一荧光基团的形状合成了一些化学分子，并在随后构建了一条能够衔接这些化学分子的人工RNA序列。研究人员将他们第一个成功构建的“RNA-荧光基团”复合物命名为“Spinach”。在进一步的实验中，研究人员再度成功构建出与Spinach发射不同荧光波长的多个“RNA-荧光基团”复合物。

目前威尔康乃尔医学院的研究人员已开始利用Spinach追踪细胞中的非编码RNAs。“我们实验室长期以来致力于解析RNA运输及移位缺陷与儿童发育性疾病之间的关系，通过Spinach，我们观察到在细胞压力应激反应中一种非编码RNA发生了快速的积聚。”Jaffrey博士说：“我们希望通过Spinach能够更深入地了解细胞中的RNA运输机制，以及它们在疾病中的受累情况。”

J.S. Paige et. al., “RNA mimics of green fluorescent protein,” Science, 333: 642-6, 2011

3.染色质、DNA损伤反应以及细胞死亡

细胞主要通过两种机制即激活DNA损伤反应（DDR）和形成衰老相关异染色质积聚（SAHP）来调控细胞衰老。在这篇文章中，研究人员证实在原癌基因激活的情况下，细胞会优先启动形成SAHF，抑制DNA损伤反应及细胞凋亡。这种原癌基因诱导的SAHF依赖于DNA复制及共济失调毛细血管扩张症Rad3相关蛋白(ATR激酶)信号通路。研究结果表明给予染色质修饰化合物或可作为某些癌症的有效治疗策略。

R. Di Micco, et al., “Interplay between oncogene-induced DNA damage response and heterochromatin in senescence and cancer,” Nat Cell Biol, 13:292-302, 2011.

4. DNA解旋酶

MCM2-7复合体在DNA复制起始和延伸过程中起重要的DNA解旋酶作用。然而直到现在研究人员对于MCM2-7复合体如何解开DNA的机制却还不是很清楚。在这篇文章中，研究人员解析了MCM2-7复合体的结构，证实MCM2-7是通过两种蛋白GINS 和 Cdc45结合到染色质上并被激活的。

A. Costa et. al., “The structural basis for MCM2-7 helicase activation by GINS and Cdc45,” Nat Struct Mol Biol, 18: 471-7, 2011.

5. 卵巢癌基因组分析

在最新出版的Nature杂志上，TCGA计划研究组成员报告了卵巢癌的最新研究成果：浆液性卵巢囊腺癌（serous ovarian  adenocarcinoma）中的mRNA和miRNA序列分析，启动子甲基化，DNA拷贝数，以及316个样品中编码基因外显子组的序列分析等。

这是癌症基因组研究的又一重要成果，卵巢癌是女性生殖器官常见的肿瘤之一，发病率仅次于子宫颈癌和子宫体癌而列居第三位。但卵巢癌致死者，却占各类妇科肿瘤的首位，对女性生命造成严重威胁。据统计，全球每年新增大约20万卵巢癌患者，并有11.5万患者死亡。浆液性囊腺瘤占卵巢良性肿瘤的25%，也是卵巢恶性肿瘤中最常见者，约占40—50%，对于这种疾病的深入研究有助于预防与治疗浆液性囊腺瘤。

在这篇文章中，研究人员分析了489个高度病变浆液性卵巢囊腺癌样品中mRNA和miRNA的表达，启动子甲基化，DNA拷贝数，以及316个样品中编码基因外显子组的序列，这些研究结果有助于确定新的肿瘤亚型。

研究人员还发现虽然p53肿瘤抑制因子在几乎所有肿瘤中都发生了突变，但包括NF1、BRCA1、BRCA2、 RB1和 CDK12在内的9个位点也携带复发性的、尽管流行度较低的突变。同源重组在约一半的这些肿瘤中是有缺陷的，Notch和FOXM1信号作用也牵涉到了病理生理过程中。这些研究成果将有助于卵巢癌的基础病理，以及临床预防和治疗。

The Cancer Genome Atlas Research Network, “Integrated genomic analyses of ovarian carcinoma,” Nature, 474: 609-15, 2011

6.染色质沉默

研究人员发现一组紧密地结合到DNA的非组蛋白能够与附近的沉默因子协同作用导致形成紧密缠绕的沉默染色质。尤其是，蛋白质与DNA之间的相互作用抑制了DNA解链从而使得DNA复制受到了破坏，从而揭示了复制应力和基因沉默之间存在的关联性。

M. Dubarry et. al., “Tight protein-DNA interactions favor gene silencing,” Genes Dev, 25: 1365-70, 2011. Free F1000 Evaluation

7. 核糖体如何打开mRNA结构化区域？

信使RNA (mRNA)是一种线性单链分子，通过互补序列片段的碱基配对折叠成复杂的二级结构。核糖体把mRNA翻译成蛋白质的过程需要将这种碱基配对结构破坏。在这项研究中，Ignacio Tinoco及其同事利用一种单分子方法发现，核糖体有两个机制用来打开mRNA的结构化区域；机制的选择取决于碱基配对结合点是处于开启状态还是闭合状态。

X. Qu et. al., “The ribosome uses two active mechanisms to unwind messenger RNA during translation,” Nature, 475: 118-21, 2011.

（生物通：何嫱）

“Faculty of 1000 Biology”创办于2002年1月，是一种在线科研评价系统，其推荐原则立足于论文本身的科学意义而非发表在什么杂志上。该系统根据全球2300多名资深科学家的意见，提供对近期发表的生物科学论文的快速评论，目的是帮助广大科研人员遴选和发现有价值的研究工作。该机构专家根据论文对当前世界生物医学和临床实践的贡献程度和科学价值，每年对全球SCI文章总数不足千分之二的优秀精品医学论文进行推荐和点评，并赋予“F1000论文”称号向医学界推荐，涵盖了医学各个学科，是一项很高的学术荣誉。