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Science:生成和销毁同样重要

mRNAs是细胞蛋白质合成的程序,其功能和寿命都是动态调节的。慕尼黑路德维希马克西米利安斯大学(LMU)的研究人员现在证明,为什么那些更难破译的mRNAs比其他的寿命更短。

基因表达调控是生命系统的基本组成部分,它决定了每个细胞DNA基因组中编码的遗传信息如何被选择性地转录成信使RNA(mRNAs),然后被核糖体翻译成蛋白质。因为在细胞中合成的一组蛋白质决定了它的结构和生化能力,所以这个过程中的每一步都必须受到严格的调控。该管理系统的一个模块专门用于根据不断变化的条件及时销毁mRNAs。

由LMU基因中心的Roland Beckmann教授领导的一个国际研究小组,与Jeff Coller(美国凯斯西储大学)和Toshifumi Inada(日本东北大学)合作,研究出了一种参与mRNA降解的蛋白质复合物的详细结构,并剖析了它的行为方式。这项新的研究成果发表在《Science》杂志上,它解释了mRNA分子的寿命如何以及为什么与它所编码的蛋白质的合成速度有关。

Beckmann研究小组的博士生、这篇新论文的主要作者Robert Buschauer说:“统计数据已经表明,mRNA的寿命与核糖体蛋白质合成的速度有关。但这种关系的分子基础是完全未知的。”

蛋白质合成的效率很大程度上取决于核糖体对mRNAs核苷酸序列中编码指令的阅读能力。这些程序是用遗传密码的语言编写的。核苷酸的密码子指定组成蛋白质的不同氨基酸连接在一起的顺序。每一组必需的氨基酸通过一种叫做tRNA的衔接分子传递到核糖体。每个tRNA还配备了一个核苷酸三联体(反密码子),它能识别mRNA中的对应物,这种相互作用使其氨基酸货物能够被插入到生长着的蛋白的正确位置。

遗传密码是多余的:几乎所有的氨基酸都是由几个核苷酸三联体指定的,这些核苷酸三联体由核糖体以不同的效率读取。如果一个给定的三联体很难阅读,核糖体需要更长的时间来选择合适的含有所需氨基酸的tRNA。新的研究确定了这种延迟与mRNAs降解之间联系的机制基础。

“借助低温电子显微镜,我们能够证明,只有在tRNA结合位点不被占据的情况下,mRNA降解所需的关键蛋白质复合物才能与核糖体相互作用。”这一发现解释了为什么mRNA分子在核糖体上被降解的概率随着其所含低效率解码密码子的比例而增加。

“这种新发现的相互作用对mRNA降解和核糖体效率之间的耦合至关重要,”Beckmann说。“mRNAs的销毁是一个重要的过程,其核心成分在酵母和人类细胞中差别很小。任何错误都可能导致神经退行性疾病、癌症或其他严重疾病。因此,更好地理解潜在的机制是开发更有效的治疗方法的先决条件。”

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