Cell：miRNA，調(diào)控子的調(diào)控

日期：2012-11-13 08:14:25

MicroRNAs是多細(xì)胞生物體遺傳程序的重要調(diào)控者。由于它們具有強(qiáng)大的作用，其自身的生成也受到嚴(yán)密地控制。來自德國馬克思•普朗克發(fā)育生物學(xué)研究所的科學(xué)家們在新研究中獲得了關(guān)鍵的研究發(fā)現(xiàn)。他們在擬南芥(阿拉伯芥,thale cress)中發(fā)現(xiàn)了一個調(diào)節(jié)micro RNAs生成的新元件，通過去除一種micro RNA生物合成酶上的磷酸基團(tuán)來發(fā)揮作用。它有可能像開關(guān)轉(zhuǎn)換一樣快速，使得植物能夠適應(yīng)不斷變化的環(huán)境。

在這項研究中，科學(xué)家們利用先進(jìn)的成像技術(shù)輕易地檢測到了有microRNA活性缺陷的植物，采用全基因組測序迅速鑒別出了新突變。研究發(fā)現(xiàn)在線發(fā)表在11月9日的《細(xì)胞》（Cell）雜志上。

細(xì)胞似乎阻礙了自身閱讀DNA，在這一過程中細(xì)胞核中的DNA轉(zhuǎn)錄生成移動的mRNA，隨后mRNA被運送到細(xì)胞質(zhì)中作為蛋白質(zhì)生成的藍(lán)圖。同時，細(xì)胞生成micro RNAs，通過與特異的mRNA結(jié)合能夠阻斷蛋白質(zhì)生成或甚至啟動破壞蛋白質(zhì)合成。但細(xì)胞為何要在啟動一個如此費力的過程后又立即終止它呢？論文的第一作者、馬克思•普朗克發(fā)育生物學(xué)研究所博士后Pablo Manavella 說：“嗯，答案在于細(xì)胞必須在蛋白質(zhì)生成和避免過量之間獲得一個微妙的平衡。一旦mRNA的轉(zhuǎn)錄被激活，它就會相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定。如果你需要快速終止它，借助諸如micro RNAs等調(diào)控機(jī)制能夠攔截這一過程。“這一研究是與來自圖賓根大學(xué)植物分子生物學(xué)（ZMBP）中心和蛋白質(zhì)組中心的科學(xué)家們協(xié)作完成。

從前體生成micro RNAs，這一過程已經(jīng)被廣泛地展開研究，尤其是在動物細(xì)胞中。“植物中的Micro RNAs的進(jìn)化平行且獨立。我們不得不假定它們是通過不同的方式進(jìn)行加工處理的，”Pablo Manavella解釋說。

科學(xué)家們采用了一種系統(tǒng)性的方法研究了擬南芥細(xì)胞中micro RNAs的活性。首先，他們開發(fā)了一個基于螢火蟲生物發(fā)光蛋白熒光素酶的報告系統(tǒng)；將熒光素酶基因整合到植物細(xì)胞中。其次，科學(xué)家們將包含人造的能特異性抑制熒光素酶的micro RNA 前體的DNA片段插入到植物基因組中。盡管包含編碼熒光素酶的基因，這些植物最初并沒有發(fā)射光線。在一個大規(guī)模的實驗中，科學(xué)家們在成千上萬的植物中引發(fā)了非特異性的突變。借助一種特殊的高靈敏度相機(jī)將少數(shù)發(fā)光的植物挑選出來。“在所有這些單個植物中，部分的micro RNA信號通路受損因此通過人造micro RNA不再能夠沉默熒光素酶，”Pablo Manavella說。

為了確定導(dǎo)致熒光素酶沉默失敗的基因，科學(xué)家們利用了馬克思•普朗克研究所開發(fā)的一種新技術(shù)，借助于全基因組序列分析使得他們能夠快速檢測因果突變causal mutation）。“就是在幾年前，這一項目也很難在兩年之內(nèi)完成。而現(xiàn)在，全基因組測序成為了一種快速且廉價的方法。將熒光素酶活性篩查測試與全基因組測序相結(jié)合，我們能夠?qū)⒀芯康闹芷趶臄?shù)年縮短到幾個月，”Pablo Manavella解釋說。在所獲得的突變中，科學(xué)家們確定了磷酸酶CPL1是microRNA生物合成信號通路的一個關(guān)鍵元件。這一蛋白通過去除信號通路中的一個主要輔因子(co-factor )HYL1的磷酸殘基，破壞了micro RNAs生成。一旦生成這些micro RNAs，它們就會與對應(yīng)的mRNA結(jié)合，終止蛋白質(zhì)合成。

“我們確定了一個能夠調(diào)控這些調(diào)控子活性的因子，”Pablo Manavella概述他們的結(jié)果說道。Micro RNAs只代表了許多遺傳調(diào)控機(jī)制其中的一種，然而以一種開關(guān)的方式它們?yōu)槔缭谠S多發(fā)育過程中不斷改變的需求提供了快速高效的應(yīng)答。一般來說，植物中的micro RNAs比動物中的更為特異，科學(xué)家們說：“當(dāng)面臨壓力情況時，植物不能逃跑。因此，它們需要快速的途徑調(diào)控自身基因以適應(yīng)這樣的狀況。”