mRNA成分的表达异常与蛋白质的产生有关

   日期:2020-03-26     浏览:11    评论:0    
核心提示:mRNA成分的表达异常与蛋白质的产生有关洛克菲勒大学当小鼠胚胎大脑中sox11 mRNA的3’UTR序列(上图)标记为红色,编码序列为绿色时

mRNA成分的表达异常与蛋白质的产生有关
洛克菲勒大学

当小鼠胚胎大脑中sox11 mRNA的3’UTR序列(上图)标记为红色,编码序列为绿色时,一般认为所有表达sox11的细胞都呈黄色,表明两种成分呈均匀比例。令人惊讶的是,一些细胞明显是红色的,而另一些是绿色的,这表明两者之间存在差异。长期以来,信使RNA一直被认为是DNA和蛋白质之间的一种简单的联系,但它从未引起过多少兴趣。但洛克菲勒大学的最新研究表明,这种分子的作用是出人意料的。


科学家们通过揭示信使rna分子成分表达的普遍差异(这是假定不会发生的),表示他们发现了有趣的表达模式,表明信使rna分子的某些区域具有意想不到的功能。

研究报告的资深作者、副教授玛丽•海因斯说:“我们在mRNA的两个部分的表达中发现,其中一个携带蛋白质的编码,另一个不携带,它们的不平衡比例似乎并不是随机发生的。”“我们怀疑,这些扭曲的比例可能是调节蛋白质生产的一种机制,特别是在胚胎发育期间,但在成人中也是如此。”

据12月16日发表在《神经元》杂志上的报道,研究人员的研究结果集中在信使RNA内的区域,信使RNA直接从一个基因转录成蛋白质。转录后,每个mRNA分子的中间都有一个编码序列,即制造蛋白质的指令。编码序列的两侧是两个不能继续合成蛋白质的区域,即3' untranslation region (UTR)和5' UTR,它们的名称来源于糖的主干。长期以来,人们一直认为这三种物质结合在一个信使rna分子内。

海因斯的研究小组使用了洛克菲勒中心开发的一种名为翻译核糖体亲和纯化(TRAP)的技术,从胚胎小鼠的多巴胺神经元中分离纯化的mRNA。通过浏览器显示mRNA的表达区域,他们惊奇地发现,多巴胺神经元中有许多基因表达丰富的3’utr mRNA序列,而这些mRNA的编码区域几乎没有表达。例如,Sox家族的两个基因Sox11和Sox12就是这样,它们被认为有助于决定细胞在发育过程中的命运。

这与通常的想法相悖,即一旦一个mRNA从一个基因转录出,5'和3'的UTRs和编码区域就会作为一个单元,直到蛋白质产生,mRNA被降解。

 

早前的一项研究也发现了类似的差异,但没有探讨其生物学意义,其数据也没有得到广泛关注。海因斯和她的同事们进行了下一步,问:既然没有编码序列就无法合成蛋白质,那么为什么一个细胞会产生大量的3' UTR序列而没有编码序列呢?

为了验证这一发现,并了解这是否仅限于多巴胺神经元、发育或神经系统,研究小组使用绿色探针标记编码序列,并使用红色标记胚胎和成年组织中19个基因的3' UTRs。

海因斯说:“根据先前的理解,我们期望组织中的每个细胞在表达两种蛋白时都表现为黄色,或者在表达两种蛋白时都表现为黑色。”“但令我们惊讶的是,当我们检测大脑中的Sox11 mRNA时,我们发现许多神经元是红色的,或主要表达UTR,也有许多是绿色的,或主要表达编码序列。”

他们继续证明,这对他们检测的每一个基因都是正确的,UTR和编码序列的差异表达发生在胚胎、成人和神经系统之外。他们发现,即使是广泛表达的基因,如细胞运动和结构所必需的蛋白-肌动蛋白,在UTR和编码序列表达上也有差异。

当他们考虑到蛋白质的表达时,他们发现3' UTR的表达与编码序列的比例越高,蛋白质的水平越低,这表明3' UTR的高水平可能在某种程度上参与了降低蛋白质产量的调节。然而,目前还不清楚这是如何发生的,海因斯说。

接下来,他们将注意力集中在正在发育的多巴胺神经元上,他们发现有9000个基因活跃在这些神经元中。在纽约基因组中心(New York Genome Center)的帮助下,他们比较了具有较高的utrt -编码序列比率的基因与具有类似比率的基因的生物学功能。许多高utr基因被证明在发育过程中起着特殊的作用,而具有相似比例的基因则更多地参与了一般的细胞过程。

“在发育过程中,神经元可能需要表达某种基因,但只是特定数量的基因。可行

 
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