基因表達(dá)是一個(gè)多步驟過程，涉及轉(zhuǎn)錄,、翻譯以及mRNA和蛋白的周轉(zhuǎn),，盡管數(shù)十年來科學(xué)家們投入了大量的精力在這一研究領(lǐng)域，然而直到現(xiàn)在人們對(duì)這些事件的綜合效應(yīng)怎樣決定基因表達(dá)卻仍然知之甚少,。
來自德國Max Delbruck分子醫(yī)學(xué)中心和柏林醫(yī)學(xué)系統(tǒng)生物學(xué)研究所的研究人員第一次對(duì)基因表達(dá)控制進(jìn)行了定量分析,，研究結(jié)果表明基因表達(dá)控制主要發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)而非細(xì)胞核中。相關(guān)研究論文發(fā)表在5月19日的《自然》(Nature)雜志上,。
“蛋白質(zhì)是生命最重要的組成部分,。它們事實(shí)上控制著心臟跳動(dòng)、氧輸送甚至思維等一切生命過程,，”德國Max Delbruck分子醫(yī)學(xué)中心生物學(xué)家Matthias Selbach解釋說：“在此過程中,，細(xì)胞將儲(chǔ)存在DNA順序中的遺傳物質(zhì)經(jīng)過轉(zhuǎn)錄和翻譯，轉(zhuǎn)變成具有生物活性的蛋白質(zhì)分子,。然而一直以來科學(xué)家們都心存疑問,，到底轉(zhuǎn)錄和翻譯哪一個(gè)在調(diào)控細(xì)胞蛋白質(zhì)水平上起主導(dǎo)作用呢？”
在這篇文章中研究人員通過同時(shí)測量蛋白質(zhì)和mRNA豐度及周轉(zhuǎn)量的方式量化了哺乳動(dòng)物細(xì)胞中的基因表達(dá),。他們利用定量質(zhì)譜測定法和最新的測序技術(shù),，對(duì)超過5000個(gè)基因的蛋白質(zhì)和mRNAs進(jìn)行了“并行代謝脈沖標(biāo)記”。隨后通過數(shù)學(xué)建模的方法,，對(duì)mRNA和蛋白的合成速度進(jìn)行預(yù)測從而得出結(jié)論,，證實(shí)蛋白在細(xì)胞中的豐度主要是在核糖體mRNAs的翻譯層面上被控制的。“核糖體最終確定了蛋白質(zhì)的豐度,。一些mRNAs在1小時(shí)的時(shí)間內(nèi)僅能翻譯生成一個(gè)蛋白質(zhì),，而一些其他的mRNAs的翻譯速率則有可能達(dá)到前者的200倍。”Matthias Selbach說,。
此外,，研究人員還證實(shí)細(xì)胞以一種非常有效的方式利用它們的資源。研究人員發(fā)現(xiàn)大部分由高表達(dá)的管家基因編碼生成mRNAs和蛋白質(zhì)都非常的穩(wěn)定,，由于蛋白質(zhì)合成是一個(gè)消耗大量能源的過程,，這些mRNAs和蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性使得細(xì)胞節(jié)省了大量的寶貴能量。而與此相對(duì)應(yīng)是在快速信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中起重要作用的蛋白質(zhì)則通常不太穩(wěn)定,，由此確保了細(xì)胞能夠快速適應(yīng)環(huán)境中的變化,。
在接下來的計(jì)劃中，研究人員期望能找到他們的研究結(jié)果與疾病的相關(guān)性,。“到目前為止,，這還只是純粹的基礎(chǔ)研究，”Matthias Selbach強(qiáng)調(diào)說：“眾所周知在許多疾病中例如癌癥都存在蛋白質(zhì)的合成異常,。然而在這一過程中具體哪一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)了失控,，對(duì)此我們?nèi)匀恢跎佟Ｖ钡浆F(xiàn)在研究者們還主要將研究焦點(diǎn)集中在細(xì)胞核中尋找答案,。新研究結(jié)果表明細(xì)胞質(zhì)中的核糖體對(duì)于蛋白質(zhì)合成具有極其重要的意義,。或許我們能夠從此處找到解析疾病的關(guān)鍵鑰匙,。”（生物谷Bioon.com）
生物谷推薦原文出處：
Nature DOI:10.1038/nature10098
Global quantification of mammalian gene expression control
Bjorn Schwanhausser; Dorothea Busse; Na Li; Gunnar Dittmar; Johannes Schuchhardt; Jana Wolf; Wei Chen; Matthias Selbach
Gene expression is a multistep process that involves the transcription, translation and turnover of messenger RNAs and proteins. Although it is one of the most fundamental processes of life, the entire cascade has never been quantified on a genome-wide scale. Here we simultaneously measured absolute mRNA and protein abundance and turnover by parallel metabolic pulse labelling for more than 5,000 genes in mammalian cells. Whereas mRNA and protein levels correlated better than previously thought, corresponding half-lives showed no correlation. Using a quantitative model we have obtained the first genome-scale prediction of synthesis rates of mRNAs and proteins. We find that the cellular abundance of proteins is predominantly controlled at the level of translation. Genes with similar combinations of mRNA and protein stability shared functional properties, indicating that half-lives evolved under energetic and dynamic constraints. Quantitative information about all stages of gene expression provides a rich resource and helps to provide a greater understanding of the underlying design principles.
