近日來自葉史瓦大學(xué)阿爾伯特愛因斯坦醫(yī)學(xué)院的科學(xué)家們在研究中獲得了一項(xiàng)意外發(fā)現(xiàn),。新研究證實(shí)某些基因不是以科學(xué)家們常規(guī)認(rèn)為的協(xié)調(diào)方式而是一種隨機(jī)的方式發(fā)揮作用構(gòu)建蛋白質(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)，研究結(jié)果發(fā)表在12月5日《自然結(jié)構(gòu)和分子生物學(xué)》（Nature Structural and Molecular Biology）期刊的網(wǎng)絡(luò)版上,。新研究發(fā)現(xiàn)將有可能改變科學(xué)家們對的同步化細(xì)胞過程的思考方式。
人體所有細(xì)胞內(nèi)都包含著蛋白質(zhì)復(fù)合物,，這些蛋白質(zhì)復(fù)合物負(fù)責(zé)執(zhí)行細(xì)胞的一些基本功能例如產(chǎn)生能量和幫助細(xì)胞分裂,。裝配這些蛋白質(zhì)復(fù)合物需要許多不同基因的參與，由這些基因編碼的蛋白質(zhì)可選擇性地形成蛋白質(zhì)復(fù)合物,，例如核糖體就是細(xì)胞內(nèi)由蛋白質(zhì)合成的極其重要的結(jié)構(gòu)（人類及大多數(shù)其他生物體的核糖體都是由核糖核酸（RNA）和80種不同的蛋白質(zhì)組成）。長期以來科學(xué)家們都想當(dāng)然地認(rèn)為參與形成這些復(fù)合物結(jié)構(gòu)的基因是以一種高度協(xié)調(diào)的方式被激活,。
“我們的發(fā)現(xiàn)是非常令人驚訝的,，”論文的資深作者、愛因斯坦醫(yī)學(xué)院細(xì)胞生物學(xué)和神經(jīng)科學(xué)系教授,、解剖學(xué)和結(jié)構(gòu)生物學(xué)教授及聯(lián)合主席Robert Singer博士說道：“這些形成核糖體和其他蛋白質(zhì)復(fù)合物蛋白亞單位的基因根本不是協(xié)調(diào)性地進(jìn)行基因表達(dá),。事實(shí)上，這些基因相互完全不發(fā)生聯(lián)系,，因此我們將它們稱之為‘無線索’（ clueless）基因,。”
基因表達(dá)是指將一個(gè)基因中的脫氧核糖核酸（DNA）信息轉(zhuǎn)錄為信使RNA（mRNA）分子，進(jìn)而mRNA從細(xì)胞核移位到細(xì)胞質(zhì)中提供模板指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的過程,。為了了解特異基因的協(xié)同表達(dá),，Singer博士和他的同事們檢測了個(gè)別細(xì)胞中由這些基因轉(zhuǎn)錄的mRNA分子。研究發(fā)現(xiàn)相比于完全無關(guān)的基因,，由這些‘無線索’基因簇生成的mRNA更加不具有協(xié)同性,。
這些編碼核糖體和其他蛋白質(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)的“無線索”基因被稱為管家基因，它們在細(xì)胞內(nèi)無時(shí)無刻保持著“待命”狀態(tài),。而其他的基因簇則通常保持沉默狀態(tài)直至特殊情況誘導(dǎo)它們激活,。研究人員發(fā)現(xiàn)相比于“無線索”管家基因，這些誘導(dǎo)基因通常以一種有規(guī)則的方式發(fā)揮作用,。例如將酵母細(xì)胞放入包含半乳糖的營養(yǎng)素培養(yǎng)基中培育可啟動(dòng)代謝半乳糖的三個(gè)基因高度協(xié)同表達(dá),。
“我們的研究結(jié)果表明對于形成核糖體、蛋白酶體和其他細(xì)胞內(nèi)基本結(jié)構(gòu)的這些管家基因,，細(xì)胞采用了非常簡單的基因表達(dá)模式,，不同于原來科學(xué)家們所認(rèn)為的，這種表達(dá)模式要求較少的協(xié)調(diào)性,，”論文的第一作者Saumil Gandhi說：“那些基因隨機(jī)地激活,，與功能相關(guān)基因簇成員一起編碼蛋白。并且細(xì)胞以某種未知的方式設(shè)法克服了這一隨機(jī)性,，成功地組裝了這些蛋白質(zhì)復(fù)合物,。”（生物谷Bioon.com）
生物谷推薦原文出處：
Nature Structural & Molecular Biology doi:10.1038/nsmb.1934
Transcription of functionally related constitutive genes is not coordinated
Saumil J Gandhi,Daniel Zenklusen,Timothée Lionnet& Robert H Singer
Abstract
Expression of an individual gene can vary considerably among genetically identical cells because of stochastic fluctuations in transcription. However, proteins comprising essential complexes or pathways have similar abundances and lower variability. It is not known whether coordination in the expression of subunits of essential complexes occurs at the level of transcription, mRNA abundance or protein expression. To directly measure the level of coordination in the expression of genes, we used highly sensitive fluorescence in situ hybridization (FISH) to count individual mRNAs of functionally related and unrelated genes within single Saccharomyces cerevisiae cells. Our results revealed that transcript levels of temporally induced genes are highly correlated in individual cells. In contrast, transcription of constitutive genes encoding essential subunits of complexes is not coordinated because of stochastic fluctuations. The coordination of these functional complexes therefore must occur post-transcriptionally, and likely post-translationally.
