mRNA從細胞核進入細胞質的有趣過程

日期：2010-09-17 14:36:01

耶什華大學阿爾伯特愛因斯坦醫學院的研究人員利用顯微鏡觀察活細胞發現了信使核糖核酸（mRNA）從細胞核進入細胞質的過程中重要的分子作用機制。研究論文在線發表在《自然》（Nature）雜志上，標志著顯微鏡在科學研究應用方面的巨大進步。這一發現將有可能推動對肌強直性營養不良等由于信使RNA在細胞核內沉積所致的病癥的治療。

文章的第一作者Robert Singer博士是解剖學和結構生物學系教授及聯合主席、細胞生物學和神經科學教授、愛因斯坦格魯斯理柏生物光子學中心（Gruss-Lipper Biophotonics Center）的聯合負責人。另一位共同作者David Grünwald是荷蘭代爾夫特理工大學Kavli 納米科學研究所工作人員。

在此研究之前，顯微鏡的分辨率僅為200納米這意味著接近此大小的活細胞分子無法被分辨。在新研究中研究人員將顯微鏡的分辨率提高了10倍，成功地區分了大小僅為20納米的分子。

蛋白質合成是最重要的細胞生理過程。基因脫氧核糖核酸（DNA）攜帶著遺傳信息。在蛋白合成過程中，通過DNA轉錄將遺傳信息傳遞給信使RNA，信使RNA分子離開細胞核進入細胞質，在細胞質的核糖體中翻譯合成特異的蛋白質。

分子通過核孔在細胞核與細胞質之間進行穿梭運動。研究人員用黃色熒光蛋白標記信使RNA分子，用紅色熒光蛋白標記核孔，通過高速攝像機將信使RNA分子通過核孔的過程拍攝下來，從而揭示了信使RNA分子通過核孔從細胞核進入細胞質的動態機制。這是研究人員第一次在活細胞中實時觀察分子的膜孔轉運。

“直到現在我們才真正地了解信使RNA通過核孔的過程，”Singer博士說道：“研究人員曾以為這些分子通過狹窄的核孔應該是一個緩慢的易位過程。讓我們驚訝的是，信使RNA分子迅速地通過了核孔，緩慢地停泊在細胞核的邊緣等待釋放進入細胞質。

Singer博士發現單個的信使RNA分子在到達核孔后會等待80毫秒，然后在5毫秒的時間內快速通過核孔，最后分子在核孔的另一邊又等待80毫秒然后才被釋放到細胞質。

研究還發現有10%的信使RNA分子在核孔停留數秒而最終無法獲得通過這表明信使RNA可能在這個位點被篩查。

“研究人員推測某些突變基因的信使RNA分子也許在進入細胞質之前或一段短時間之后就被篩查出來并被破壞，問題是在哪里發生了監督作用？”Singer博士說：“因此我們想知道是否因為存在質量控制機制使得這些信使RNA分子無法正常通過核孔。

肌強直性營養不良是一種以肌肉廢用為特征的嚴重的遺傳疾患，是由于三個核苷酸DNA重復序列發生突變引起。Singer博士在對肌強直性營養不良的研究中發現肌強直性營養不良患者的細胞mRNA沉積在細胞核里，而無法進入細胞質。“通過了解mRNA在細胞核中沉積的機制，我們也許能夠找到由于信使RNA在細胞核內沉積所致的病癥的治療方法。”