Nature子刊：新型基因表達(dá)指南

日期：2013-08-21 09:13:58

來(lái)自瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的科學(xué)家們開發(fā)出了一個(gè)新型“指南”，可利用它來(lái)精確預(yù)測(cè)各種條件下某一特定基因生成的蛋白質(zhì)量。這一研究工作將有助于生物學(xué)家們操控細(xì)胞。研究成果發(fā)表在8月18日的《自然遺傳學(xué)》（Nature Genetics）雜志上。

基因是在我們的細(xì)胞內(nèi)監(jiān)督我們身體形成的DNA片段。它們收到訂單生成特異的蛋白質(zhì)；這些蛋白質(zhì)是我們體內(nèi)從器官到紅細(xì)胞中血紅蛋白一切物質(zhì)的構(gòu)成元件。因此我們的基因決定了我們是什么樣子。

由基因生成蛋白質(zhì)的這一過(guò)程就稱之為基因表達(dá)，其非常的復(fù)雜，依賴于許多不同的相互關(guān)聯(lián)的因子。蛋白質(zhì)影響基因，轉(zhuǎn)而又會(huì)影響蛋白質(zhì)，直到現(xiàn)在生物學(xué)家們還沒有完全明白它是如何運(yùn)作的，以及什么控制了這一系統(tǒng)。

洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的研究生Arun Rajkumar和Nicolas Denervaud，以及研究人員Sebastian Maerkl近期闡明了這些過(guò)程。他們開發(fā)了一個(gè)基因表達(dá)指南，揭示出了蛋白質(zhì)量受到控制的機(jī)制。

基因并非簡(jiǎn)單地“開啟”或“關(guān)閉”

每個(gè)基因的起始都有一段稱之為啟動(dòng)子的DNA片段，其在蛋白質(zhì)生成中起重要的作用。當(dāng)啟動(dòng)子激活時(shí)，基因會(huì)生成mRNA分子，隨后mRNA指導(dǎo)蛋白質(zhì)生成。但基因并非只是簡(jiǎn)單地“開啟”或“關(guān)閉”，它們生成的蛋白質(zhì)量可以有很大的差異。Maerkl實(shí)驗(yàn)室的研究人員開發(fā)了一個(gè)模型闡明存在于“開啟”和“關(guān)閉”之間的所有變化。

相比于開/關(guān)按鈕，更像是調(diào)光開關(guān)

研究小組利用酵母細(xì)胞，這一用于研究人類細(xì)胞中許多過(guò)程的模式系統(tǒng)來(lái)展開了研究工作。他們生成了209種不同的啟動(dòng)子，將它們整合到酵母基因組中。然后將這209種酵母菌株置于一個(gè)微流體設(shè)備中，利用熒光方法確定了209種合成啟動(dòng)子每種生成的蛋白質(zhì)量?！拔覀兊捏w內(nèi)研究結(jié)果與在體外看到的相一致。這意味著我們可以開發(fā)一種計(jì)算機(jī)模型基于體外數(shù)據(jù)來(lái)預(yù)測(cè)基因的表達(dá)水平。具體來(lái)說(shuō)，這項(xiàng)工作代表了一個(gè)‘基因表達(dá)說(shuō)明手冊(cè)’，可以預(yù)測(cè)不同的啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)是如何能夠?qū)е虏煌牡鞍踪|(zhì)量的。我們證實(shí)，只需讓啟動(dòng)子發(fā)生一或兩個(gè)改變就可以精細(xì)地調(diào)節(jié)啟動(dòng)子的輸出量，這有點(diǎn)像一盞燈上的調(diào)光開關(guān)，可以設(shè)置任意的光亮度，”Maerkl教授說(shuō)。

定制工程細(xì)胞即將出現(xiàn)？

Maerkl教授的研究工作適用于所有的酵母啟動(dòng)子，它代表了一項(xiàng)重要的研究突破。因?yàn)樗峁┑挠嘘P(guān)生物學(xué)過(guò)程的認(rèn)知，將提高我們操控細(xì)胞的能力。Maerkl教授說(shuō)：“我們還只是剛剛開始了解相關(guān)的現(xiàn)象。但這項(xiàng)工作是有前景的。如果我們能夠更好地理解生物學(xué)，我們應(yīng)該能夠人工建造出更好操作的細(xì)胞，這些細(xì)胞更適合于生成例如生物燃料或抗瘧藥物?！?SPAN lang=EN-US>