Cell:顛覆傳統認知!細胞應激顆粒中的mRNA確實可以表達蛋白

2021-01-11 生物谷

2020年12月16日訊/

生物谷

BIOON/---就像人一樣，細胞也會遭受應激。突然的氧氣下降、過熱或毒素都會引發一連串的分子變化，導致細胞停止生長，產生應激保護因子，並形成應激顆粒（stress granule）---蛋白和RNA分子擠在一起而形成的無膜細胞器。雖然應激顆粒的功能在很大程度上仍然是未知的，但人們認為它們只含有不被翻譯成蛋白的RNA。如今，一項新的研究顛覆了這一長期以來的觀點，表明應激顆粒內的信使RNA（mRNA）確實可以製造蛋白。相關研究結果於2020年12月11日在線發表在Cell期刊上，論文標題為「Single-Molecule Imaging Reveals Translation of mRNAs Localized to Stress Granules」。

圖片來自Cell, 2020, doi:10.1016/j.cell.2020.11.010。

mRNA是單鏈RNA分子，在真核生物的細胞核中由DNA轉錄而來，然後被運送到細胞質中，在那裡它們被翻譯成蛋白。在細胞應激反應過程中，許多mRNA簇集在應激顆粒內---這一觀察使科學家們認為，當細胞受到威脅時，這些mRNA就停止了翻譯。

為了弄清楚這些由應激引起的細胞器內的mRNA會發生什麼，論文通訊作者Jeffrey Chao博士、論文第一作者博士後研究員Daniel Mateju及其同事們開始觀察單個RNA分子與經歷應激的活細胞內的應激顆粒之間的相互作用。為此，他們用螢光標籤標記了應激顆粒和單個mRNA分子。多虧了一種名為SunTag的創新抗體標記工具，他們還可以在蛋白產生時以單分子的精度進行可視化觀察。

利用這種方法，這些研究人員發現，即使mRNA被穩定地定位在應激顆粒內，它仍然可以被翻譯成蛋白。雖然大多數mRNA的翻譯在應激期間受到抑制，但是觸發應激反應所必需的特定基因（如ATF4）在這些條件下會增加它們的翻譯。通過使用ATF4-SunTag作為模型轉錄本，他們發現它在應激顆粒中的翻譯並不是一個罕見的事件，而且完整的翻譯周期（起始、延伸、終止）可以在應激顆粒中發生。此外，他們還發現有證據表明，在應激過程中翻譯受到抑制的mRNA也可以在應激顆粒中進行翻譯。

Mateju說，「我們的研究結果表明，mRNA定位到應激顆粒與翻譯是相容的，並駁斥了應激顆粒在抑制蛋白合成中起著直接作用。」

這些研究結果闡明了細胞應激反應的前所未有的細節。在單分子水平上對這些過程進行成像的能力可以進一步幫助更好地理解無膜細胞器和其他稱為生物分子凝聚物的分子簇的功能，這些分子簇被認為可以調節廣泛的生物過程。（生物谷 Bioon.com）

參考資料：1.Daniel Mateju et al. Single-Molecule Imaging Reveals Translation of mRNAs Localized to Stress Granules. Cell, 2020, doi:10.1016/j.cell.2020.11.010.

2.Thinking afresh about how cells respond to stress
https://phys.org/news/2020-12-afresh-cells-stress.html

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