Science挑戰教科書，發現蛋白質新作用

日期：2015-01-04 13:58:01

打開任何一本生物學入門教材，你首先學到的第一課就是：我們的DNA拼寫著生成蛋白質的指令，我們身體細胞中的大多數工作都是由蛋白質這些微小的機器來完成。發表在1月2日《科學》（Science）雜志上一項研究的結果公然挑戰了科學教科書，第一次證實蛋白質的構件——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。研究小組觀察發現了由另一蛋白質來指定添加哪種氨基酸的情況。

論文的第一作者、猶他州大學生物化學博士后研究員Peter Shen說：“這一驚人的研究發現反映了我們并不完全了解生物學。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現。核糖體是蛋白質組裝線上的機器，負責按照遺傳密碼指定的順序將氨基酸連接到一起。當出現差錯時，核糖體可能會停止運轉，并將質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。

而新研究揭示出了這一質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：Rqc2p的一個驚人作用。在這一不完整蛋白質被回收之前，Rqc2p促使核糖體按照任意順序反復添加了兩種氨基酸：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運轉。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。

加州大學舊金山分校助理教授、猶他州大學生物化學兼職教授Adam Frost博士說：“在這種情況下，我們有一種蛋白執行了通常由mRNA所承擔的任務。我喜歡這個故事，因為它模糊了我們過去所認為的蛋白質的功能界限。”Frost和加州大學舊金山分校霍華德休斯醫學研究所研究員Jonathan Weissman博士，以及斯坦福大學的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。這一密碼有可能發出了一種信號，表明必須破壞掉這一不完整的蛋白質，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。有證據表明，在諸如阿爾茨海默氏癥、肌萎縮側索硬化癥（ALS）或亨廷頓氏病等一些神經退行性疾病中當中的一個或兩個過程有可能出現了錯誤。

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生。發現的主要驅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。”

當科學家們親眼看到有關的證據時，首先便考慮它是一種不同尋常的現象。他們借助了一種叫做冷凍電子顯微鏡的技術極速冷凍并隨后成像了運行中的這一質量控制機器。Frost說:“我們捕獲了行動中的Rqc2p。但這一觀點如此的牽強附會。證實它是我們的責任。”

通過廣泛的生物化學分析他們證實了自己的假說。新的RNA測序技術證實，Rqc2p/核糖體復合物有可能添加了一些氨基酸到停運的蛋白質上，因為它也結合了將氨基酸帶到蛋白質組裝線上的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被添加了廣泛的丙氨酸和蘇氨酸鏈。

“現在我們的工作就是要確定這一過程發生的時間和地點，以及當它失敗時會發生的事情，”Frost說。