Cell子刊揭示mRNA驚人表達模式

　　長期以來被視作是DNA與蛋白質之間的一個簡單鏈接，信使RNA從未提供過太多復雜的情節。然而，現在來自洛克菲勒大學的一項新研究表明，這一分子做了意想不到的事情。

　　通過揭示RNA分子組成元件的表達差異（人們認為不會發生的事情），科學家們說他們發現了一些有趣的表達模式，表明了mRNA分子某些區域發揮了意料之外的功能。

　　論文的資深作者、副教授Mary Hynes說：“我們發現mRNA的兩個組成部分按不平衡的比例表達，一個部分攜帶了編寫蛋白質的遺傳密碼，另一部分則沒有，這似乎并非是偶然發生的。我 們懷疑一部分不平衡的比例充當了調控蛋白質生成的一種機制，尤其是在胚胎發育過程中，并且也存在于成人體內。”

　　發布在12月16日的《神經元》（Neuron）雜志上的研究結果，將焦點放在了信使RNA的某些區域。在轉錄后，每個mRNA分子都具有它核心的一段編碼序列，將根據這一指令來生成蛋白質。編碼序列兩側的兩個部分：3'非翻譯區（UTR）和5' UTR不會生成蛋白質。長期以來，人們都認為在一個mRNA分子內三個部分綁定在一起。

　　利用洛克菲勒大學開發的一項叫做翻譯核糖體親和純化（TRAP）的技術，Hynes研究小組從胚胎小鼠多巴胺神經元中分離出了純化的mRNA。利用 一種瀏覽器顯示出表達的mRNA區域，他們驚訝地發現多巴胺神經元中大量的基因豐富地表達3'UTR mRNA序列，很少或幾乎沒有表達這些mRNAs的編碼區域。這種情況是真實的，例如Sox家族中的兩個基因Sox11和Sox12，眾所周知它們在發育 過程中幫助決定了細胞命運。

　　這與普遍的觀點：一旦基因轉錄為mRNA，5' UTR、3' UTRs和編碼區域作為一個單位來發揮作用，直至蛋白質生成，mRNA降解相矛盾。

　　早先的一項研究指出了相似的差異性，但沒有探究生物學意義，其數據也沒有得到廣泛的關注。Hynes和同事們著手完成了下一步的調查：因為沒有編碼序列就無法生成蛋白質，細胞生成大量3' UTR序列而沒有任何編碼序列的原因？

　　為了驗證這些研究結果，及了解這是否限于多巴胺神經元、發育過程或神經系統，研究小組利用了一些綠色探針來標記胚胎和成人組織19個基因的編碼序列，用紅色探針標記它們的3' UTRs。

　　Hynes 說：“基于以往的認識，組織中的每個細胞預計應該顯示黃色（兩者均表達）或黑色（兩者皆不表達）。然而讓我們驚訝地是，當我們檢測大腦中的Sox11 mRNA時，我們發現許多神經元是紅色的，主要表達UTR，也有許多是綠色的，主要表達編碼序列。”

　　他們進而證實，每個檢測基因都是這種情況，在胚胎、成人體內及神經系統外部UTR和編碼序列差異性表達。甚至一些廣泛表達的基因例如β -actin——對細胞運動和結構至關重要的蛋白，也顯示出UTR和編碼序列表達差異。

　　當他們將蛋白質表達考慮進去時，發現3' UTR與編碼序列表達比值越高，蛋白質水平越低——表明高水平的3' UTR有可能以某種方式參與下調了蛋白質生成。但Hynes說，目前還不清楚這是如何發生的。

　　接下來，他們將注意力再度放到發育多巴胺神經元上，他們發現有9000個基因在多巴胺神經元中活化。在紐約基因組中心的幫助下，他們比較了有著高 UTR/編碼序列比值的基因與顯示對比比值基因的生物功能。結果顯示，許多高UTR基因尤其在發育過程中發揮作用，而對比比值基因常常與一些普通的細胞過 程有關。

　　“在發育過程中神經元或許需要表達某個基因，但只表達特定的數量。太多或太少都有可能是有害的，會導致不可逆轉的命運改變。因此，我們認為這有可能是一種精細滴定一種活化基因蛋白質水平的機制，”Hynes說。

　　由于一些RNA表達研究可以依靠UTRs、編碼區或兩者內的序列，它們或許會丟失重要的信息。“進一步，我認為當一項RNA測序實驗表明一個基因高水平表達時，研究人員將要仔細看看這兩個組成部分的相對水平，以獲得誰正在表達的更準確的圖像，”Hynes說。