意想不到的基因调控层接受科学的挑战

制造蛋白质的核糖体,惊人的变量的组成和关联。这种可变性授予他们的能力调节基因,混杂先前的想法,斯坦福大学的研究人员说。

斯坦福大学医学院的研究人员发现了一个意想不到的基因表达的调节。发现可能会扰乱科学家们理解细胞如何调节基因开发、沟通和执行特定任务在整个身体。

研究人员发现,细胞称为核糖体,主力负责改变基因编码的RNA转录成蛋白质,显示之前根本无法想象各种成分,显著影响其功能。特别是,核糖体蛋白质组成部分用来调整小机器,专门从事翻译相关的基因在细胞的途径。一种核糖体,例如,喜欢翻译基因参与细胞分化,而另一个专门从事基因开展基本代谢的职责。

发现令人震惊,因为研究人员认为数十年来,核糖体的功能就像微型机器人,没有偏好,他们任何附近的RNA分子翻译成蛋白质。现在看来广泛变异蛋白的生产可能会引发不是由成千上万的个体基因的表达水平的变化,而是通过小调整核糖体蛋白质。

的广泛的影响

说:“这一发现是完全出乎意料的玛丽亚Barna,博士,发育生物学和遗传学助理教授。“这些发现可能会改变遗传密码是如何翻译的教条。直到现在,每一个1到百万核糖体在细胞被认为是相同的,可以互换。现在我们发现一个新图层控制基因的表达,对基础科学和人类疾病产生广泛的影响。”

Barna是这项研究的资深作者,这是6月15日发表在《分子细胞。博士后学者甄施博士和Kotaro藤井裕久博士,首席作者分享。Barna是纽约干细胞基金会罗伯逊调查员和也是一个斯坦福Bio-X和儿童健康研究所的成员。

Barna工作建立在先前的研究的实验室,6月1日发表在细胞。那项研究的第一作者是博士后学者Deniz希姆塞克博士学位。它还表明,核糖体不同类型的蛋白质积累的外层。它还发现了超过400 ribosome-associated蛋白质,称为叩击声,表明他们可以影响核糖体功能。

每个生物的学生学习如何使用遗传密码的基本知识管理细胞的生活。粗略地讲,在细胞核的DNA携带建筑指令大约20000个基因。基因选择表达的蛋白在DNA和“转录”移动的DNA序列成短块,或信使RNA可以离开原子核。一旦细胞的细胞质中,RNA结合核糖体是蛋白质被称为氨基酸的翻译成字符串。

每一个活细胞都有1000万细胞核糖体漂浮在其汤。这些小引擎本身复杂的结构,包含80个人核心蛋白和四个RNA分子。每个核糖体两个主要子单元:一个结合和“读取”要翻译的RNA分子,和另一个组装蛋白质基于RNA的蓝图。如图所示第一次Cellstudy,核糖体也收集相关的蛋白质称为毫无价值的东西装饰他们的外壳像圣诞树装饰品。

一个更复杂的场景的提示

“直到最近,核糖体被认为一个重要的细胞,但后台作用只是在盲目翻译遗传密码,“Barna说。“但在过去的几年里有一些有趣的暗示一个更复杂的场景。一些人类遗传疾病引起的核糖体蛋白质的突变只影响特定的器官或组织,例如。这是非常复杂的。我们想重新审视教材,核糖体是相同的。”

2011年,Barna成员的实验表明,一个核心核糖体蛋白称为RPL38 / eL38是必要的适当模式哺乳动物的身体在开发计划;老鼠这种蛋白质的突变等发达骨骼缺陷多余的肋骨,面部结晶和异常短暂,畸形的尾巴。

史和藤井裕久用定量蛋白质组学技术选择反应监测精确计算数量,或化学计量学,几个核糖体蛋白质的核糖体隔绝在老鼠胚胎干细胞。他们的计算表明,并不是所有的核糖体蛋白质总是出现在相同。换句话说,核糖体的作品不同于另一个。

“我们第一次意识到,这些蛋白质的确切化学计量学、个人核糖体,中间有显著差异”Barna说。“但这是什么意思的时候思考一个细胞的基本方面,它的功能如何?”

为了找到答案,研究人员标记不同的核糖体蛋白质和用于隔离RNA分子的行为由核糖体翻译。结果不像他们所想象的。

“我们发现,如果你比较两个种群的核糖体,他们表现出偏爱翻译某些类型的基因,”施说。“一个喜欢翻译与细胞代谢相关的基因;另一个更有可能是翻译制造蛋白质的基因胚胎发育所必需的。我们发现整个生物学途径为代表的平移偏好特定的核糖体。就像核糖体有某种根深蒂固的知识他们喜欢什么基因翻译成蛋白质。”

结果吻合的细胞。这篇论文“对核糖体的显示,有超过80年的核心蛋白质,”西姆西可说。“我们发现数以百计的叩击声作为细胞周期的组件,能量代谢,和细胞信号。我们相信这些罪行可能允许核糖体更动态参与这些错综复杂的细胞功能。”

Barna”和她的团队已经很大一步了解核糖体控制蛋白质合成看着平静的哺乳动物干细胞形式,”杰米·凯特说,博士,分子和细胞生物学和化学教授大学伯克利分校。“他们发现“内置”监管机构翻译的重要信使rna的一个子集,肯定会找到更多的在其他细胞。“凯特并没有参与这项研究。

从微观管理释放细胞基因表达

核糖体的事实可以不同在他们的核心蛋白质组件之间以及它们相关的蛋白质,毫无价值的东西,这些差异可以显著影响核糖体功能,突出了一种细胞可以通过简单地修改变换其蛋白质景观核糖体,以便他们更喜欢将一种类型的基因——比如,那些参与新陈代谢——对他人。这种可能性将释放细胞从微观管理数百或数千个基因的表达水平参与个体的途径。在这种情况下,更多的信使rna可能比得到可用翻译成蛋白质,只是基于核糖体的大多数喜欢和这种偏好可以调整几核糖体蛋白的表达变化。

Barna和她的同事们正计划测试是否某些类型的核糖体的流行转变期间主要细胞的变化,比如当一个细胞进入细胞周期后休息,或者当一个干细胞开始分化成一个更特殊类型的细胞。他们想了解更多关于如何能够区分类别的核糖体基因。

尽管两篇论文的结果介绍基因调控细胞内的一个新概念,他们的一种意义,研究人员说。

“大约60%的细胞的能量花制造和维护核糖体,“Barna说。”的想法,他们没有出现在基因表达的调控,回想起来,有点愚蠢。”