我們現(xiàn)在知道RNA分子在細(xì)胞中是如何組織的

蒙特利爾大學(xué)的研究小組與美國(guó)同事合作，首次可視化RNA分子在細(xì)胞中的組織方式。在他們發(fā)表在Molecular Cell上的研究中，UdeM的科學(xué)家們使用超分辨率顯微鏡來(lái)研究mRNA的三維組織如何根據(jù)這些分子在細(xì)胞中的位置而變化，并表明幾十年前的教條需要修訂。

“從DNA到蛋白質(zhì)的信息流涉及一個(gè)叫做信使RNA的DNA序列的拷貝，它可以作為蛋白質(zhì)合成的模板，”該研究的資深作者Daniel Zenklusen說(shuō)，他是UdeM生物化學(xué)和分子醫(yī)學(xué)系的副教授。“就像DNA一樣，RNA是由核酸組成的長(zhǎng)聚合物。這些RNA聚合物如何在細(xì)胞中壓縮和組織以允許蛋白質(zhì)合成是迄今未知的，部分原因是我們?nèi)狈σ愿叻直媛士梢暬@些分子的技術(shù)，” Zenklusen說(shuō)。

人們一直認(rèn)為，所有信使RNA或mRNA分子在蛋白質(zhì)合成過(guò)程中都會(huì)獲得特定的構(gòu)象：分子的兩端聚集在一起形成一個(gè)穩(wěn)定的所謂的閉環(huán)復(fù)合物。根據(jù)Zenklusen及其團(tuán)隊(duì)的說(shuō)法，這項(xiàng)新的研究表明，這種長(zhǎng)期存在的模型過(guò)于簡(jiǎn)單。

“我們觀察到信使RNA在細(xì)胞中存在許多不同的構(gòu)型，但在先前建議的穩(wěn)定的閉環(huán)構(gòu)象中并不存在，”該研究的第一作者，Zenklusen實(shí)驗(yàn)室的博士生Srivathsan Adivarahan說(shuō)。“這對(duì)我們來(lái)說(shuō)非常令人驚訝，因?yàn)檫@個(gè)模型可以在描述蛋白質(zhì)合成基本過(guò)程的每本教科書(shū)中找到。”

UdeM科學(xué)家與科羅拉多大學(xué)Olivia Rissland和巴爾的摩約翰霍普金斯大學(xué)的Bin Wu實(shí)驗(yàn)室合作，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞的信使RNA可以存在于許多構(gòu)象中，但大部分都是非常緊湊的分子。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)合成受到抑制或信使RNA被隔離到特定的亞細(xì)胞區(qū)室時(shí)，例如應(yīng)力顆粒，類似于在細(xì)胞環(huán)境壓力條件下形成的神經(jīng)退行性疾病中常見(jiàn)的病理性聚集體，這是最明顯的。

“我們的研究結(jié)果改變了我們對(duì)mRNA代謝的許多方面的看法，特別是蛋白質(zhì)合成過(guò)程中mRNA的組織方式，”Zenklusen說(shuō)。“調(diào)節(jié)這一過(guò)程對(duì)于所有細(xì)胞都是必不可少的，但對(duì)于需要高水平蛋白質(zhì)合成以允許不斷生長(zhǎng)的癌細(xì)胞尤其重要。因此，目前正在開(kāi)發(fā)影響蛋白質(zhì)合成的不同藥物，其中一些藥物靶向蛋白質(zhì)以前涉及閉環(huán)模型。必須重新審視這些藥物如何影響蛋白質(zhì) 合成的模型。“

他補(bǔ)充說(shuō)，這項(xiàng)新研究還說(shuō)明了基礎(chǔ)科學(xué)的重要性以及不斷開(kāi)發(fā)新技術(shù)的必要性。“技術(shù)的進(jìn)步使我們能夠重新審視我們長(zhǎng)期以來(lái)認(rèn)為已經(jīng)解決的問(wèn)題，只是為了實(shí)現(xiàn)，一旦我們用新的眼光看待它們，我們就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能真正理解它們。”

因此，Zenklusen實(shí)驗(yàn)室的下一步工作之一是繼續(xù)推進(jìn)能夠?qū)崿F(xiàn)這些新發(fā)現(xiàn)的技術(shù)方法 - 單分子和超分辨率顯微鏡 - 以便更加詳細(xì)地了解基因調(diào)控的機(jī)制及其如何被錯(cuò)誤調(diào)控在各種疾病。

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