如何以正确的速度生产蛋白质？核糖体图谱技术来解答

在所有真核生物中，遗传物质以DNA的形式储存在细胞核中。为了被使用，这种DNA首先被转录成细胞质中的信使RNA，然后在核糖体的帮助下被翻译成蛋白质，核糖体是一种能够解码信使RNA并合成相应蛋白质的小型机器。然而，这种机制发生的速度是不均匀的:它必须适应，以允许蛋白质采用正确的配置。事实上，对生产率的放松管制会导致结构性缺陷。没有正确折叠的蛋白质会聚集起来，对细胞来说变得不可用，通常是有毒的。通过分析在酵母细胞核糖体的速度运动,日内瓦大学的一个团队(UNIGE),瑞士,与汉堡大学的合作,成功地证明了蛋白质合成的速度是由监管因素,修改将调制的信使核糖核酸的翻译成蛋白质。这些结果可以在《细胞报告》杂志上找到。

　　

   

   

Not5冷凝物(顶部绿色部分)排除了mRNA翻译加速因子(中间红色部分可见)。在底部，合并染色:黄色表示共定位，但冷凝物是绿色的，因此没有mRNA翻译加速因子。

在所有真核生物中，遗传物质以DNA的形式储存在细胞核中。为了被使用，这种DNA首先被转录成细胞质中的信使RNA，然后在核糖体的帮助下被翻译成蛋白质，核糖体是一种能够解码信使RNA并合成相应蛋白质的小型机器。然而，这种机制发生的速度是不均匀的:它必须适应，以允许蛋白质采用正确的配置。事实上，对生产率的放松管制会导致结构性缺陷。没有正确折叠的蛋白质会聚集起来，对细胞来说变得不可用，通常是有毒的。

通过分析在酵母细胞核糖体的速度运动,日内瓦大学的一个团队成功地证明了蛋白质合成的速度是由监管因素修改将调制的信使核糖核酸的翻译成蛋白质。这些结果可以在《细胞报告》杂志上找到。蛋白质是三维结构，为了起作用，它们必须相互连锁或与伙伴相互作用。如果出现结构缺陷，这些蛋白质就会聚集在一起，产生毒性，并可能出现病变。这种现象实际上在许多神经退行性疾病中都可以观察到，如阿尔茨海默病或肌萎缩性侧索硬化症。

“我们已经知道，蛋白质的生成速率会根据需要而变化:有时快，有时很慢，”领导这项研究的UNIGE医学院微生物和分子医学系教授Martine Collart解释说，“然而，我们还不知道这种机制是如何被控制的。”

核糖体剖析

为了了解这一过程，科学家们使用了一种非常创新但仍不为人知的技术:核糖体图谱。Collart实验室的研究员Olesya Panasenko专门从事这项技术，他解释说:“这种方法使确定细胞中特定时刻核糖体的位置成为可能。”“它包括在特定时刻降解所有不受核糖体保护的RNA，只保留核糖体保护片段(RPFs)。然后我们对这些RPFs进行排序，以确定mRNA上有多少核糖体，以及在那个特定时刻的位置。这表明了翻译的速度和效率。”

科学家们观察了天然酵母细胞和转基因酵母中蛋白质生产的速度和动态，以确定取决于遗传密码的可能差异。在合成过程中，RNA和蛋白质的小冷凝物出现在细胞中，其功能是减缓核糖体的生成速度。Martine Collart解释说:“这些冷凝物的形成取决于被称为Not的调控因素的存在或不存在，这些调控因素起到了减速的作用。”如果没有它们，这个机制就会在错误的地方加速，导致蛋白质聚集。

这是由遗传密码控制的速度

因此，在蛋白质合成的精确时刻，不是与核糖体相关的因子，通过压缩RNA和新生蛋白质来减慢核糖体在翻译过程中的速度。作者问道:“人们可能想知道，这种调节机制是否会在神经退行性疾病期间或随着年龄的增长而受到影响。”因此，当一种小扰动叠加到另一种扰动上时，最终可能会随着时间的推移产生显著的累积效应。

原文检索：

DOI 10.1016 / j.celrep.2021.109633