Cell綜述：基因功能的遠程調控
日期：2014-06-19 09:23:08
一種蛋白的亞細胞位置對于其功能來說至關重要，越來越多的研究表明，mRNA的定位是調控蛋白位置的一個進化上保守的作用機制。要想了解這些作用元件之間的相互作用關系，以及對于基礎生物學功能，以及疾病發生的病理學原因，掌握基因功能的遠程調控機制，必不可少。
近期來自劍橋大學的幾位學者就以“Remote Control of Gene Function by Local Translation”為題，探討了基因功能遠程調控研究領域的一些重要進展，以及基因功能空間調控的即時機制。
在人類和其他生物細胞中，只有一部分的基因在特定的時間處于活化狀態，這很大程度上取決于生命的階段以及細胞的特定職責。細胞利用不同的分子機制來根據需要協調基因激活和失活。遮蓋基因阻止其激活或是暴露它們以供利用，都是科學家們希望能深入了解的方面。
mRNAs在亞細胞結構中的轉運，以及其后的翻譯都需要特殊的定位信號，這是調控蛋白位置的一個進化上保守的作用機制。即時性的合成能給蛋白加上新的信號特征，幫助維持該處蛋白質組的動態平衡。因此同地翻譯就在許多方面發揮了重要作用，比如遠端神經元隔離，而RNA定位和翻譯的失調，也會令神經元分布和存活出現紊亂。
2012年，新澤西醫學和牙科大學等處的研究人員發現軸突尖端和神經元的突觸信號傳輸過程中涉及的蛋白以前體形式（信使RNA或mRNA）傳輸，這種傳輸對脊椎延伸中神經信號的單一傳輸是必需的。
研究指出這些mRNAs以單個文件形式傳輸，每個顆粒只表達一種mRNA。盡管單程運輸多個mRNAs可能看起來更高效，但這可能利于神經元突觸的形成和神經運作所需要的靈活性。
這不僅表明了解這些mRNAs是如何被運送到神經突觸中，可能有助于科學家解開記憶產生的奧秘，而且這也指出了基因遠程調控的一種作用機制。
今年哈佛大學的研究人員采用了一種新技術，在完整細胞中同時確定數以千計mRNAs和其他類型RNAs的定位——測定堿基序列來鑒別它們，并揭示出它們在做什么。
研究人員嘗試在細胞中固定RNA，生成包含許多復制DNA的小球，然后采用新一代DNA測序，使之在固定細胞中起作用。4種閃光顏色可揭示每種復制DNA的堿基序列，告訴他們匹配RNA的堿基序列。這些序列理論上可提供無限數量的獨特地址——一個原始RNA一個地址。
通過這樣全面檢測細胞內的基因表達，研究人員能夠指出在諸如大腦一類的復雜組織中現在看不到的許多重要差異。這將有助于我們了解組織的形成以及在健康和疾病狀態中的功能機制。
此外今年1月，發表在Science上的一篇論文也分析了編碼蛋白的mRNA位置，他們開發出了一種小鼠模型，在這一模型中他們給所有編碼β-actin蛋白的信使RNA(mRNA)帶上了熒光標記。β-actin是一種大量存在于大腦神經元中的重要結構蛋白，是記憶形成的一個關鍵作用因子。
研究人員發現β-actin mRNA分子剛在海馬神經元細胞核中形成，就移動到了細胞質中，這些mRNAs被包裝成顆粒，因此不能生成蛋白質。他們隨后看到刺激神經元導致了這些顆粒分解，因此這些mRNA分子暴露出來，可用于合成β-actin蛋白。
這些研究結果都有助于我們進一步探索RNA定位的基因功能遠程調控作用，解決了這些問題，也許我們對于大腦這個復雜機器的認識又能上一個臺階。
上一篇： 可減緩卵巢癌擴散的遺傳途徑
下一篇： 對抗異體骨髓移植感染的T細胞療法
