研究人員發(fā)現(xiàn)與癌癥和孤獨癥相關(guān)的蛋白質(zhì)的潛在活動機(jī)制

一個國際研究團(tuán)隊已經(jīng)確定了與癌癥和自閉癥相關(guān)的新蛋白家族的功能。結(jié)果發(fā)表在Molecular Cell上。

細(xì)胞在遺傳程序的指導(dǎo)下不斷產(chǎn)生新的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)是由特殊分子機(jī)器核糖體合成的氨基酸鏈。的氨基酸序列進(jìn)行編碼的模板，mRNA分子，解碼和合成處理被稱為翻譯。為了合成合適的蛋白質(zhì)，核糖體必須與mRNA連接，找到開始合成的正確點，然后讀取整個編碼區(qū)并釋放完成的蛋白質(zhì)。所有這些翻譯階段已經(jīng)相對較好地理解，但核糖體完成其工作后的命運仍然難以捉摸。

在這項新研究中，美國和俄羅斯科學(xué)家研究了一系列蛋白質(zhì)，其中包括癌基因產(chǎn)物MCT-1，與自閉癥有關(guān)的伴侶DENR，以及翻譯因子elF2D。

“我們早在2010年就發(fā)現(xiàn)了因子elF2D，”該項目俄羅斯部分的聯(lián)合負(fù)責(zé)人，俄羅斯科學(xué)院恩格爾哈特分子生物學(xué)研究所(RAS)的高級研究員謝爾蓋·德米特里耶夫說。“我們對其生化活性進(jìn)行了表征，但當(dāng)時沒有明確的證據(jù)證明這種蛋白質(zhì)在活細(xì)胞中發(fā)揮的作用。從那時起，已發(fā)表了許多高影響力的論文，表明eIF2D和兩個相似的因素， MCT-1和DENR可以參與讀取一類特殊的mRNA。這些mRNA分子在編碼主要蛋白質(zhì)的主要編碼區(qū)之前有額外的短讀框，即所謂的uORF。

這種uORF也可以被核糖體讀取。在許多情況下，這阻止核糖體到達(dá)主要編碼區(qū)，從而調(diào)節(jié)主要蛋白質(zhì)的產(chǎn)生。由于短的uORF存在于大約一半的人類mRNA中，因此重要的是找到eIF2D，MCT-1和DENR在其翻譯中的可能作用。然而，試圖確定其因素的功能或闡明它們?nèi)绾卧谌梭w中起作用仍然是不成功的。

“因此，我們轉(zhuǎn)向更簡單的生物，如酵母，”Desislava Makeeva博士說。密歇根州立大學(xué)生物工程與生物信息學(xué)院的學(xué)生，也是該文章的共同作者。“我們使用的酵母菌株沒有這些因子的基因。我們的合作伙伴來自美國國立衛(wèi)生研究院，應(yīng)用核糖體分析，允許系統(tǒng)地研究突變細(xì)胞中的翻譯，同時我們接受了生化部分。”

核糖體分析基于翻譯核糖體覆蓋的數(shù)百萬個小mRNA片段的高通量測序。這項突破性技術(shù)展示了特定時刻細(xì)胞中蛋白質(zhì)生物合成的全貌。換句話說，它在特定條件下對所有mRNA分子的翻譯進(jìn)行“快照”，并且允許確定每種mRNA的過程強(qiáng)度。

“在我們的實驗室中，這種方法用于研究哺乳動物細(xì)胞的翻譯，”謝爾蓋解釋道。“但我們的美國同事將其應(yīng)用于酵母。但是，使用這種系統(tǒng)方法獲得的數(shù)據(jù)應(yīng)該通過經(jīng)典方法進(jìn)行驗證，以避免誤導(dǎo)性解釋。為此，我們使用了無細(xì)胞翻譯系統(tǒng)。我們制備了酵母細(xì)胞提取物，添加了mRNA已經(jīng)在試管中合成并觀察了在具有或不具有特定基因突變的酵母菌株的情況下從這些RNA分子合成了多少產(chǎn)物。

這項合作使研究人員發(fā)現(xiàn)，一旦翻譯完成，核糖體就能及時從mRNA中分離出eIF2D，MCT-1和DENR因子。此外，在mRNA含有uORF的情況下，缺乏這些因子也會干擾主要編碼區(qū)的翻譯，導(dǎo)致主要蛋白質(zhì)的產(chǎn)生增加。顯然，MCT-1的致癌潛力和與DENR基因突變相關(guān)的神經(jīng)元發(fā)育的破壞與這些因子在含有uORF的mRNA的翻譯中的作用有關(guān)，其中許多mRNA編碼細(xì)胞過程的重要調(diào)節(jié)因子。

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