Science挑戰(zhàn)教科書，發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)新作用
日期：2015-01-04 09:02:32
打開任何一本生物學(xué)入門教材，你首先學(xué)到的第一課就是：我們的DNA拼寫著生成蛋白質(zhì)的指令，我們身體細胞中的大多數(shù)工作都是由蛋白質(zhì)這些微小的機器來完成。發(fā)表在1月2日《科學(xué)》（Science）雜志上一項研究的結(jié)果公然挑戰(zhàn)了科學(xué)教科書，第一次證實蛋白質(zhì)的構(gòu)件——氨基酸可以在沒有DNA和中間模板信使RNA (mRNA)的情況下進行組裝。研究小組觀察發(fā)現(xiàn)了由另一蛋白質(zhì)來指定添加哪種氨基酸的情況。
論文的第一作者、猶他州大學(xué)生物化學(xué)博士后研究員Peter Shen說：“這一驚人的研究發(fā)現(xiàn)反映了我們并不完全了解生物學(xué)。自然遠比我們認識到的還要能干得多。”
將細胞視作運行良好的工廠，或有助于正確理解這一新研究發(fā)現(xiàn)。核糖體是蛋白質(zhì)組裝線上的機器，負責(zé)按照遺傳密碼指定的順序?qū)被徇B接到一起。當(dāng)出現(xiàn)差錯時，核糖體可能會停止運轉(zhuǎn)，并將質(zhì)量控制人員召集到這一位點。為了收拾這一爛攤子，細胞會分解核糖體，丟棄藍圖，回收部分生成的蛋白質(zhì)。
而新研究揭示出了這一質(zhì)量控制團隊中的一個成員，保守存在于從酵母到人類中的一種蛋白質(zhì)：Rqc2p的一個驚人作用。在這一不完整蛋白質(zhì)被回收之前，Rqc2p促使核糖體按照任意順序反復(fù)添加了兩種氨基酸：丙氨酸和蘇氨酸。你可以將其想象為，一條汽車組裝線在喪失指令的情況下仍在繼續(xù)運轉(zhuǎn)。它撿起了可以撿起的，并胡亂進行組裝：喇叭-車輪-車輪-喇叭-車輪-車輪-車輪-車輪-喇叭。
加州大學(xué)舊金山分校助理教授、猶他州大學(xué)生物化學(xué)兼職教授Adam Frost博士說：“在這種情況下，我們有一種蛋白執(zhí)行了通常由mRNA所承擔(dān)的任務(wù)。我喜歡這個故事，因為它模糊了我們過去所認為的蛋白質(zhì)的功能界限。”Frost和加州大學(xué)舊金山分校霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所研究員Jonathan Weissman博士，以及斯坦福大學(xué)的Onn Brandman博士是這篇論文的共同資深作者。
就像在一輛半成品汽車的一邊安裝了多余的喇叭和車輪一樣，帶有一段丙氨酸和蘇氨酸顯然隨機序列的蛋白質(zhì)看起來怪怪的，有可能無法正常工作。但這一無意義的序列有可能滿足了特殊的目的。這一密碼有可能發(fā)出了一種信號，表明必須破壞掉這一不完整的蛋白質(zhì)，又或有可能是測試的一個組成部分，看看核糖體是否正常運轉(zhuǎn)。有證據(jù)表明，在諸如阿爾茨海默氏癥、肌萎縮側(cè)索硬化癥（ALS）或亨廷頓氏病等一些神經(jīng)退行性疾病中當(dāng)中的一個或兩個過程有可能出現(xiàn)了錯誤。
Brandman說：“這項工作有許多有趣的潛在狀況，如果我們不追隨自己的好奇心，任何一種情況都不可能發(fā)生。發(fā)現(xiàn)的主要驅(qū)動力就是探索你所看到的，而這正是我們所做的。將永遠不會有什么可替代它。”
當(dāng)科學(xué)家們親眼看到有關(guān)的證據(jù)時，首先便考慮它是一種不同尋常的現(xiàn)象。他們借助了一種叫做冷凍電子顯微鏡的技術(shù)極速冷凍并隨后成像了運行中的這一質(zhì)量控制機器。Frost說:“我們捕獲了行動中的Rqc2p。但這一觀點如此的牽強附會。證實它是我們的責(zé)任。”
通過廣泛的生物化學(xué)分析他們證實了自己的假說。新的RNA測序技術(shù)證實，Rqc2p/核糖體復(fù)合物有可能添加了一些氨基酸到停運的蛋白質(zhì)上，因為它也結(jié)合了將氨基酸帶到蛋白質(zhì)組裝線上的tRNAs。他們看到的這些特異tRNAs只攜帶了丙氨酸和蘇氨酸兩種氨基酸。起決定作用的是，他們確定了停運的蛋白質(zhì)被添加了廣泛的丙氨酸和蘇氨酸鏈。
“現(xiàn)在我們的工作就是要確定這一過程發(fā)生的時間和地點，以及當(dāng)它失敗時會發(fā)生的事情，”Frost說。
