Nature：研究首次實現基因表達控制量化

    來自德國Max Delbruck分子醫(yī)學中心和柏林醫(yī)學系統(tǒng)生物學研究所的研究人員第一次對基因表達控制進行了定量分析，研究結果表明基因表達控制主要發(fā)生在細胞質而非細胞核中。相關研究論文發(fā)表在5月19日的《自然》(Nature)雜志上。

    基因表達是一個多步驟過程，涉及轉錄、翻譯以及mRNA和蛋白的周轉，盡管數十年來科學家們投入了大量的精力在這一研究領域，然而直到現在人們對這些事件的綜合效應怎樣決定基因表達卻仍然知之甚少。

    “蛋白質是生命最重要的組成部分。它們事實上控制著心臟跳動、氧輸送甚至思維等一切生命過程，”德國Max Delbruck分子醫(yī)學中心生物學家Matthias Selbach解釋說：“在此過程中，細胞將儲存在DNA順序中的遺傳物質經過轉錄和翻譯，轉變成具有生物活性的蛋白質分子。然而一直以來科學家們都心存疑問，到底轉錄和翻譯哪一個在調控細胞蛋白質水平上起主導作用呢？”

    在這篇文章中研究人員通過同時測量蛋白質和mRNA豐度及周轉量的方式量化了哺乳動物細胞中的基因表達。他們利用定量質譜測定法和最新的測序技術，對超過5000個基因的蛋白質和mRNAs進行了“并行代謝脈沖標記”。隨后通過數學建模的方法，對mRNA和蛋白的合成速度進行預測從而得出結論，證實蛋白在細胞中的豐度主要是在核糖體mRNAs的翻譯層面上被控制的。“核糖體最終確定了蛋白質的豐度。一些mRNAs在1小時的時間內僅能翻譯生成一個蛋白質，而一些其他的mRNAs的翻譯速率則有可能達到前者的200倍。”Matthias Selbach說。

    此外，研究人員還證實細胞以一種非常有效的方式利用它們的資源。研究人員發(fā)現大部分由高表達的管家基因編碼生成mRNAs和蛋白質都非常的穩(wěn)定，由于蛋白質合成是一個消耗大量能源的過程，這些mRNAs和蛋白質的穩(wěn)定性使得細胞節(jié)省了大量的寶貴能量。而與此相對應是在快速信號轉導中起重要作用的蛋白質則通常不太穩(wěn)定，由此確保了細胞能夠快速適應環(huán)境中的變化。

    在接下來的計劃中，研究人員期望能找到他們的研究結果與疾病的相關性。“到目前為止，這還只是純粹的基礎研究，”Matthias Selbach強調說：“眾所周知在許多疾病中例如癌癥都存在蛋白質的合成異常。然而在這一過程中具體哪一個環(huán)節(jié)出現了失控，對此我們仍然知之甚少。直到現在研究者們還主要將研究焦點集中在細胞核中尋找答案。新研究結果表明細胞質中的核糖體對于蛋白質合成具有極其重要的意義�；蛟S我們能夠從此處找到解析疾病的關鍵鑰匙。”