令人驚奇的基因激活研究發現

日期：2010-12-07 16:25:23

近日來自葉史瓦大學阿爾伯特愛因斯坦醫學院的科學家們在研究中獲得了一項意外發現。新研究證實某些基因不是以科學家們常規認為的協調方式而是一種隨機的方式發揮作用構建蛋白質復合結構，研究結果發表在12月5日《自然結構和分子生物學》（Nature Structural and Molecular Biology）期刊的網絡版上。新研究發現將有可能改變科學家們對的同步化細胞過程的思考方式。

人體所有細胞內都包含著蛋白質復合物，這些蛋白質復合物負責執行細胞的一些基本功能例如產生能量和幫助細胞分裂。裝配這些蛋白質復合物需要許多不同基因的參與，由這些基因編碼的蛋白質可選擇性地形成蛋白質復合物，例如核糖體就是細胞內由蛋白質合成的極其重要的結構（人類及大多數其他生物體的核糖體都是由核糖核酸（RNA）和80種不同的蛋白質組成）。長期以來科學家們都想當然地認為參與形成這些復合物結構的基因是以一種高度協調的方式被激活。

“我們的發現是非常令人驚訝的，”論文的資深作者、愛因斯坦醫學院細胞生物學和神經科學系教授、解剖學和結構生物學教授及聯合主席Robert Singer博士說道：“這些形成核糖體和其他蛋白質復合物蛋白亞單位的基因根本不是協調性地進行基因表達。事實上，這些基因相互完全不發生聯系，因此我們將它們稱之為‘無線索’（ clueless）基因。”

基因表達是指將一個基因中的脫氧核糖核酸（DNA）信息轉錄為信使RNA（mRNA）分子，進而mRNA從細胞核移位到細胞質中提供模板指導蛋白質合成的過程。為了了解特異基因的協同表達，Singer博士和他的同事們檢測了個別細胞中由這些基因轉錄的mRNA分子。研究發現相比于完全無關的基因，由這些‘無線索’基因簇生成的mRNA更加不具有協同性。

這些編碼核糖體和其他蛋白質復合結構的“無線索”基因被稱為管家基因，它們在細胞內無時無刻保持著“待命”狀態。而其他的基因簇則通常保持沉默狀態直至特殊情況誘導它們激活。研究人員發現相比于“無線索”管家基因，這些誘導基因通常以一種有規則的方式發揮作用。例如將酵母細胞放入包含半乳糖的營養素培養基中培育可啟動代謝半乳糖的三個基因高度協同表達。

“我們的研究結果表明對于形成核糖體、蛋白酶體和其他細胞內基本結構的這些管家基因，細胞采用了非常簡單的基因表達模式，不同于原來科學家們所認為的，這種表達模式要求較少的協調性，”論文的第一作者Saumil Gandhi說：“那些基因隨機地激活，與功能相關基因簇成員一起編碼蛋白。并且細胞以某種未知的方式設法克服了這一隨機性，成功地組裝了這些蛋白質復合物。”