亚细胞mRNA定位
作者:    发布于:2017-03-28 09:22:44    点击数:111

      许多细胞中的mRNA定位在细胞质中的分散位置上,这个过程与蛋白翻译相匹配,有助于蛋白功能的精确空间和时间控制。3月23日Cell杂志发文详细介绍了亚细胞mRNA定位中的关键事件,并介绍了一些细胞骨架如何协调mRNA转运的最新进展。

      一种蛋白的亚细胞位置对于其功能来说至关重要,越来越多的研究表明,mRNA的定位是调控蛋白位置的一个进化上保守的作用机制。要想了解这些作用元件之间的相互作用关系,以及对于基础生物学功能,以及疾病发生的病理学原因,掌握基因功能的远程调控机制,必不可少。 

      在人类和其他生物细胞中,只有一部分的基因在特定的时间处于活化状态,这很大程度上取决于生命的阶段以及细胞的特定职责。细胞利用不同的分子机制来根据需要协调基因激活和失活。遮盖基因阻止其激活或是暴露它们以供利用,都是科学家们希望能深入了解的方面。

      mRNAs在亚细胞结构中的转运,以及其后的翻译都需要特殊的定位信号,这是调控蛋白位置的一个进化上保守的作用机制。即时性的合成能给蛋白加上新的信号特征,帮助维持该处蛋白质组的动态平衡。因此同地翻译就在许多方面发挥了重要作用,比如远端神经元隔离,而RNA定位和翻译的失调,也会令神经元分布和存活出现紊乱。

      基因功能的远程调控

      2012年,新泽西医学和牙科大学等处的研究人员发现轴突尖端和神经元的突触信号传输过程中涉及的蛋白以前体形式(信使RNA或mRNA)传输,这种传输对脊椎延伸中神经信号的单一传输是必需的。研究指出这些mRNAs以单个文件形式传输,每个颗粒只表达一种mRNA。尽管单程运输多个mRNAs可能看起来更高效,但这可能利于神经元突触的形成和神经运作所需要的灵活性。这不仅表明了解这些mRNAs是如何被运送到神经突触中,可能有助于科学家解开记忆产生的奥秘,而且这也指出了基因远程调控的一种作用机制。 

      此后哈佛大学的研究人员采用了一种新技术,在完整细胞中同时确定数以千计mRNAs和其他类型RNAs的定位——测定碱基序列来鉴别它们,并揭示出它们在做什么。研究人员尝试在细胞中固定RNA,生成包含许多复制DNA的小球,然后采用新一代DNA测序,使之在固定细胞中起作用。4种闪光颜色可揭示每种复制DNA的碱基序列,告诉他们匹配RNA的碱基序列。这些序列理论上可提供无限数量的独特地址——一个原始RNA一个地址。 

      通过这样全面检测细胞内的基因表达,研究人员能够指出在诸如大脑一类的复杂组织中现在看不到的许多重要差异。这将有助于我们了解组织的形成以及在健康和疾病状态中的功能机制。 

      mRNA如何离开细胞核

      Bonn大学的研究人员对mRNA经核孔的转运进行了研究,并实时拍摄了mRNA离开细胞核的过程。他们用发荧光的hrp36标记了Chironomus tentans唾液腺活细胞的裸mRNP颗粒,并用发荧光的NTF2标记其核膜。通过单层光显微技术light sheet microscopy,研究人员追踪了单个mRNA颗粒通过核膜的过程。研究发现该颗粒频频接触核孔复合体(NPC),但只有25%的几率成功转运。该个过程可能与mRNP在转运前需要重新定位和展开有关。 

      研究人员发现,mRNA在被转运到细胞质前,会在细胞核膜上的核孔附近逗留。他们推测这也许是一种“质量控制”机制,或者是因为mRNA需要经过调整才能穿过核孔。研究人员观察到整个转运过程可能持续从65毫秒到数秒钟。

      有趣的是,当mRNA与细胞核每碰撞四次才会发生一次成功的转运。研究人员做出了两种截然不同的推测:一种可能是,有些mRNA与核膜的碰撞没有接触到核孔;另一中可能是,这些不成功的转运是由质量控制机制引起的。

      mRNA转运与乙肝病毒调控 

      中科院上海生化与细胞所的研究人员通过系统短缩实验在PRE序列中发现了两个独立的促进无内含子mRNA出核的顺式元件(SEP1和SEP2)。利用其中较短的SEP1 进行的RNA-蛋白复合物纯化显示SEP1与若干宿主细胞蛋白结合,其中包括mRNA出核复合物TREX。

      通过进一步的生化和细胞实验表明,SEP1 RNA直接结合锌指蛋白ZC3H18,并通过ZC3H18招募TREX从而促进mRNA的出核。他们分析比较了SEP1介导的mRNA出核方式与细胞mRNA的出核方式的异同,发现两者存在多种相似性,提示这两种出核通路可能共用某些出核因子。 

      与此推论相符的是,他们在SEP1 RNA结合蛋白中发现了4种新的真核mRNA出核因子。该研究不仅揭示了SEP1促进无内含子mRNA出核的作用机制,还为进一步了解细胞mRNA出核的分子机制提供了重要帮助。

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