Nucleic Acids Res:改寫教科書!起始密碼子至少有47種!

2020-12-04 生物谷

圖片來自Jeff Glasgow/Ariel Hecht/Kelly Irvine/NIST。


2017年3月10日/

生物谷

BIOON/---幾十年來，研究

遺傳

物質的科學家們將一些基本原則牢記在心。為了發揮作用，DNA先經過轉錄產生信使RNA（mRNA），然後mRNA經過翻譯產生蛋白，這對幾乎所有的生物功能都是必需的。基於這種中心法則，人們長期認為在翻譯時，mRNA中僅有少量三聯密碼子能夠啟動蛋白產生，因此這些三聯密碼子也被稱作起始密碼子。但是，在一項新的研究中，來自美國國家標準技術研究所、史丹福大學和澳大利亞麥考瑞大學的研究人員在開展一系列測量後，提出人們可能需要重新審視和甚至改寫這種法則。相關研究結果近期發表在

Nucleic Acids Research

期刊上，論文標題為「Measurements of translation initiation from all 64 codons in E. coli」。

這項研究證實至少有47種可能的起始密碼子都能夠指導細胞開始蛋白合成。在此之前，人們認為在64種可能的三聯密碼子中，僅有7種能夠啟動蛋白合成，亦即僅有7種起始密碼子。

論文第一作者Ariel Hecht說，「很多潛在的起始密碼子未被發現的原因很可能是沒有人能夠觀察到它們。」

遺傳

密碼是由四種鹼基（A、C、G、T或U）組成的。DNA的分子單元是A（腺嘌呤）、C（胞嘧啶）、G（鳥嘌呤）和T（胸腺嘧啶），而RNA的分子單元是A、C、G和U（尿嘧啶）。50年前，當時最好的研究工具表明在大多數生物中，僅有幾種起始密碼子，如AUG、GUG和UUG。起始密碼子是非常重要的，這是因為它們標誌著mRNA翻譯的起始位置。

Hecht和他的團隊意識到對密碼子如何發揮作用的一般理解可能出現差錯。令人意外的是，他們是在吃麵包和喝咖啡時開始意識到這一點的。當時，Hecht和他的同事Jeff Glasgow、Lukmaan Bawazer和Matt Munson正在討論同事Paul Jaschke不能成功地重構病毒phiX174的實驗。重構（refactoring），也被稱作重新編碼或重排，用於研究基因組和鑑定必需基因。作為這些實驗的一部分，phiX174能夠被用來感染大腸桿菌細胞。

Jaschke利用應當不會啟動mRNA翻譯的密碼子（AUA和ACG）替換幾種基因中的起始密碼子。然而，令Jaschke吃驚的是，他仍然檢測到這些基因的表達，而按照之前的觀點，由於起始密碼子被移除，它們應當不會表達。

Hecht考慮了一個貌似非常幼稚的問題：Jaschke的實驗結果真地是錯誤的嗎？這些結果是否表明密碼子並不符合傳統描述的mRNA翻譯起始，相反具有不同的概率啟動翻譯？據他們所知，沒有人系統性地探究mRNA翻譯是否能夠由所有的64種密碼子啟動。在此之前，沒有人證實過任何一種密碼子能夠都啟動mRNA翻譯。

不同於半個世紀前的

遺傳

學家的是，Hecht團隊如今在研究細胞的內部工作機制時，能夠使用更加強大的工具，包括綠色螢光蛋白（GFP）和

納米

螢光素酶（nanoluciferase）。當在細胞內部表達時，GFP和

納米

螢光素酶會發光。在經過過去十年的優化後，它們產生非常強的信號，從而能夠被用來深入地分析細胞。

通過使用GFP和

納米

螢光素酶，Hecht團隊在大腸桿菌中測量了64種密碼子啟動的mRNA翻譯。他們能夠檢測到47種密碼子啟動蛋白合成。這一發現可能對我們理解生物學特徵是非常深遠的。

史丹福大學教授Drew Endy說，「我們想要知道細胞內發生的一切，這樣我們才能夠充分地在分子水平上理解生命，我們才能夠有更好的機會與生物共同繁榮生長。我們原以為我們懂得這些原則，但是結果證實我們還需要在一個全新的水平上了解它們。DNA語法可能遠比我們想像中的更加複雜。」

不過，Hecht團隊提醒道，這篇論文僅僅是第一步，而且針對其他有機體的研究會揭示出什麼仍然是不清楚的。

Hecht說，「在沒有進一步開展更加深入的研究的情形下，我們需要對利用這些發現進行推斷或將它們應用到其他的有機體中保持非常謹慎的態度。」

Hecht說，「很可能出現的情形是所有的密碼子都能夠是起始密碼子。我認為僅需能夠在合適的水平上對它們進行測量。」（生物谷 Bioon.com）

本文系生物谷原創編譯整理，歡迎轉載！點擊 獲取授權 。更多資訊請下載生物谷app。原始出處：Ariel Hecht Jeff Glasgow Paul R. Jaschke et al. Measurements of translation initiation from all 64 codons in E. coli. Nucleic Acids Research, Published: 21 February 2017, doi:10.1093/nar/gkx070.

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