著名學者莊小威eLife發(fā)表新成果

日期：2016-06-02 09:26:04

在真核細胞中，轉(zhuǎn)錄組的空間組織已經(jīng)成為調(diào)節(jié)RNA轉(zhuǎn)錄后命運的一種有力手段；然而，原核生物是否使用RNA空間組織作為一種轉(zhuǎn)錄后調(diào)控機制，尚不清楚。5月20日，哈佛大學霍華德休斯醫(yī)學研究所的華裔女科學家、美國科學學院院士莊小威帶領(lǐng)的研究小組，在國際著名學術(shù)期刊《eLife》發(fā)表題為“Spatial organization shapes the turnover of a bacterial transcriptome”的研究成果。這項研究使用超高分辨率顯微鏡來影像大腸桿菌轉(zhuǎn)錄組，并觀察到了RNA的全基因組空間組織。

mRNA分子編碼的蛋白質(zhì)，是細胞生存和發(fā)展所必需的。因此，一個細胞內(nèi)mRNA的數(shù)量，對于確定一個細胞含有的蛋白質(zhì)的數(shù)量和類型，以及細胞的行為，起著至關(guān)重要的作用。

現(xiàn)已證明，在真核生物中，比如人類，不僅僅是mRNA的數(shù)量影響著細胞的行為，而且還與mRNA分子在細胞內(nèi)的位置有關(guān)。然而，長期以來人們認為，在細菌中——比人類細胞小得多，一個mRNA在細胞內(nèi)的位置并不影響其行為。盡管如此，最近有科學家對少量的細菌mRNAs進行了研究，發(fā)現(xiàn)一些這樣的小分子以比平常多的數(shù)量，存在于細胞內(nèi)某些位置。這表明，位置可能影響一些細菌mRNAs的活性。但是，類似的定位模式是否發(fā)生在細菌產(chǎn)生的成千上萬個不同mRNA中呢？

為了解決這個問題，莊小威帶領(lǐng)的研究小組開發(fā)出一種方法，可影像細菌中大量已定義的mRNAs。使用這一方法來研究大腸桿菌，研究人員發(fā)現(xiàn)，細菌產(chǎn)生的所有mRNA中，有相當一部分將自己定位在細胞內(nèi)的特定位置。例如，一些停留在細胞內(nèi)膜的蛋白質(zhì)的編碼mRNAs，也較多地存在于這層膜上。這種定位也在這些mRNAs的生命中起著重要的作用，因為它們比在細胞其他位置更快的被降解。這種增強的降解率，部分原因是因為分解mRNA分子的酶，也存在于膜上。

因此，細菌可能通過控制mRNA在細胞內(nèi)的位置，塑造了mRNA被制成蛋白質(zhì)的過程。接下來是要弄清，為什么細菌會使用細胞位置來影響mRNA降解的速度？

研究人員進一步證明，信號識別顆粒（SRP）所識別的信號肽的共翻譯插入，是內(nèi)膜蛋白mRNA的這種膜定位的原因。為了探討這種轉(zhuǎn)錄組級別的組織的生理學后果，研究人員使用時間分辨率的下一代測序，來檢測mRNA的壽命，發(fā)現(xiàn)與編碼外膜蛋白、細胞質(zhì)和周質(zhì)蛋白的mRNAs相比，編碼內(nèi)膜蛋白的mRNA選擇性的變得不穩(wěn)定。

最后，為了闡明這種選擇性不穩(wěn)定的潛在機制，研究人員影像了大腸桿菌中與RNA處理相關(guān)的所有酶的分布，并觀察到，RNA降解體的成員富集在膜上。一個遺傳干擾——將這些酶從膜上去除，可優(yōu)先穩(wěn)定編碼內(nèi)膜蛋白的mRNAs，從而表明，它們與膜結(jié)合RNA降解體的靠近，可能是這些mRNAs天然去穩(wěn)定的原因。