Cell子刊：挑战传统的基因表达观点

现在，瑞士日内瓦大学(UNIGE)和德国欧洲分子生物学实验室的微生物学家进一步证实，基因表达的两个过程：转录和翻译，在本质上是相关的，并表明一个称为Ccr4-Not的蛋白复合物，通过充当细胞核和细胞质之间的一个信使，在基因表达中发挥着关键的作用。这些结果发表在《Cell Reports》。

　　

生物通报道：基因表达是用遗传信息生产蛋白质的过程，这对于细胞正常运行和实现它们的许多目的，是至关重要的。基因表达发生在两个不同的步骤：首先是转录，这发生在细胞核中，然后是翻译，这发生在细胞质中。控制基因表达，对于细胞产生在正确时刻所需的确切蛋白质，是至关重要的。到目前为止，基因转录和翻译成蛋白质，都被认为是两个独立的过程。现在，瑞士日内瓦大学(UNIGE)和德国欧洲分子生物学实验室的微生物学家，进一步证实，这两个过程在本质上是相关的，并表明一个称为Ccr4-Not的蛋白复合物，通过充当细胞核和细胞质之间的一个信使，在基因表达中发挥着关键的作用。这些结果发表在《Cell Reports》，揭示了控制着我们生与死的基因表达这个过程的调节机制。

基因表达指的是生化过程，通过这些过程，储存在我们基因中的信息，读起来就像是一本生产蛋白质的说明书，这些蛋白质可使我们的细胞正常运行。到目前为止，基因表达被认为发生在两个独特的步骤：第一个转录，这发生在细胞核中，然后是翻译，发生在细胞质中。现在，由UNIGE和欧洲分子生物学实验室带领的研究表明，转录和翻译本质上是相关的，并且不断地相互影响。为此，在细胞内，细胞核和细胞质之间进行一种非常有效的沟通，是至关重要的。这个对话是通过一个叫做Ccr4-Not蛋白质复合体促成的，该蛋白全面决定着细胞的翻译能力。

基因表达：一条双行道
2014年，Martine Collart和她在UNIGE医学院的团队发现，在翻译过程中，Ccr4-Not复合体可使得细胞质给细胞核提供信息。今天，他们证明，这是一种双向的沟通，因为在基因表达的所有阶段，细胞核也传达信息给细胞质，这得益于Ccr4-Not。这个复合体作为细胞核和细胞质之间的一个信使，确保转录和翻译水平都是最适合的。也能够提高翻译，以补偿转录压力，从而确保基因表达仍然是均衡的。

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事实上，越来越多的证据表明，不同程度的基因表达相互连接形成一个网络。因此，产生功能性蛋白质的各种细胞机器的组件，会产生持续的反馈。这有助于确保基因表达保持稳定。Collart教授详细揭示了这个过程：“在细胞核内的转录过程中，这一复合体控制着产生细胞质中蛋白质的机器生产。基本上，它在细胞核中控制着蛋白质如何可以作为一个整体。我们能够表明，Ccr4-Not复合体通过将细胞质和细胞核连接在一起，是基因表达的一个总体调节因子，在从基因到蛋白质生产的所有步骤中起作用。因此这个复合体构成了一个主要元素，可让细胞对外部事件做出反应，并控制蛋白质的生产。”

本文第一作者Zoltan Villanyi指出：“以前，细胞核被认为充当一个指挥杆，控制着细胞内发生的一切。然而，在2014年我们表明，细胞核实际上是受到细胞质的影响，在那里首先出现环境信号。现在我们的研究还强调，Ccr4-Not通过在细胞核中与信使RNAs联系在一起，也调节细胞的翻译能力，信使RNAs是将来自DNA的遗传信息传递给核糖体的分子，从而让核糖体产生蛋白质。现在这幅画面是完整的：基因表达实际上取决于细胞核和细胞质之间的持续对话，Ccr4-Not复合体是协调这些不同组件内和之间的调控过程的一个关键因子。”

Ccr4-Not复合物调控因子，对于所有动物胚胎的发展至关重要，并参与了生命所需的许多生理机制所，如心脏功能、精子形成和脂质代谢。因子该调控因子直接控制基因的表达，因此任何突变都会产生戏剧性的后果，从胚胎死亡到生命后期癌症的发展，以及各种代谢的失败。Collart教授指出：“现在，我们已经完全确定了这个调控因子影响mRNAs的步骤多样性，我们可以开始研究疾病相关的特定靶标。这将为理解调控我们基因表达与否的最基本细胞机制，打开新的途径。”

对于基因表达这个重要的过程，科学家们一直都在进行不断的探索。2015年7月，康奈尔大学华人教授陈鹏带领的研究小组，通过在纳米级的精密度上追踪蛋白质在活细胞中的运动，对细胞调节其基因表达的方式，获得了新的认识。相关研究结果发表在《Nature Communications》。相关阅读：华人教授：细胞基因表达调控新见解。

2015年8月，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的实验和理论生物学家，描述了一种控制基因表达的新方法。这种方法的关键是一个可调的开关，由一个对于医疗、甚至生物燃料生产都很有价值的小非编码RNA分子制成。相关研究结果发表在国际期刊《ACS Synthetic Biology》。相关阅读：科学家开发出控制基因表达的新方法。

2015年9月，来自瑞士苏黎世联邦理工学院、华东师范大学等处的研究人员，在国际著名学术期刊《Nucleic Acids Research》发表的一项研究中，通过化学物质苯甲酸酯（是常见的皮肤护理产品成分）来打开和关闭转基因。相关阅读：中外学者：洗个澡就能控制基因表达？。

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：

Translational Capacity of a Cell Is Determined during Transcription Elongation via the Ccr4-Not Complex
Summary: The current understanding of gene expression considers transcription and translation to be independent processes. Challenging this notion, we found that translation efficiency is determined during transcription elongation through the imprinting of mRNAs with Not1, the central scaffold of the Ccr4-Not complex. We determined that another subunit of the complex, Not5, defines Not1 binding to specific mRNAs, particularly those produced from ribosomal protein genes. This imprinting mechanism specifically regulates ribosomal protein gene expression, which in turn determines the translational capacity of cells. We validate our model by SILAC and polysome profiling experiments. As a proof of concept, we demonstrate that enhanced translation compensates for transcriptional elongation stress. Taken together, our data indicate that in addition to defining mRNA stability, components of the Ccr4-Not imprinting complex regulate RNA translatability, thus ensuring global gene expression homeostasis.