解壓縮mRNA可以讓植物細胞對抗感染

從細菌到植物，再到人類，生物必須不斷調整細胞內的蛋白質，以適應壓力或不斷變化的條件，比如當營養物質缺乏或受到病原體攻擊時。

現在，研究人員已經確定了一種以前未知的分子機制，可以幫助解釋它們是如何做到的。

杜克大學領導的研究小組在研究一種名為擬南芥的細長植物時，發現了折疊RNA的短片段，在正常情況下，這些RNA片段可以使防御蛋白的水平保持在較低水平，以避免傷害植物本身。但是當植物檢測到病原體時，這些折疊的RNA結構被解開，使植物細胞能夠制造防御蛋白來對抗感染。

發表在《自然》雜志上的文章中指出，這一發現不僅適用于植物。他們還發現，這些RNA結構對人類細胞中的蛋白質產生也有類似的影響。

“這是我們工具箱中的另一個工具”來控制蛋白質的產生，杜克大學生物學教授、該研究的資深作者Xinnian Dong說。

在人體每一個細胞渾濁的內部，數以百萬計的蛋白質分子執行著生命的任務：它們相當于細胞中的磚塊和橫梁，提供結構和支撐。它們也是細胞的化學信使，發送和接收信號。它們也是防御者，用來對付外來入侵者。

為了制造蛋白質，細胞核內的DNA藍圖片段被轉錄成信使分子mRNA，這是制造蛋白質的指令。這些指令被傳遞到細胞的其他部分，在那里，被稱為核糖體的解碼裝置將mRNA的信息翻譯成氨基酸鏈，氨基酸鏈是蛋白質的基本組成部分。

正常情況下，核糖體會沿著mRNA分子掃描，直到找到一個特殊的三個字母的序列，上面寫著“從這里開始制造蛋白質”。

但在這項新研究中，Dong和實驗室的博士生Yezi Xiang發現，當擬南芥幼苗檢測到潛在的病原體時，植物的核糖體繞過通常用于蛋白質合成的“開始”信號，開始向下游翻譯mRNA，構建一條完全不同的氨基酸鏈，從而產生對抗感染所需的不同蛋白質。

Dong和她的團隊想知道:細胞是如何從一個起始點切換到另一個起始點的?

為了更好地理解植物檢測到入侵者時發生的這種快速細胞決策，研究人員轉向了一種稱為SHAPE-MaP的技術，該技術允許他們檢測活細胞內mRNA折疊的變化。

在通常啟動蛋白質合成的“綠光”附近，研究人員發現了mRNA的短片段，它們折疊起來形成雙鏈“發夾”結構。

在正常情況下，這些發夾起著剎車的作用，阻止核糖體制造指令在下游的防御蛋白。

但是當擬南芥幼苗感覺到它們受到攻擊時，一種叫做RNA解旋酶的特殊酶就會產生，這種酶會解開發夾，這樣核糖體就可以穿過發夾，繼續沿著mRNA分子掃描。

“隨著這些停止標志的移除，核糖體不會停止在那里，而是進一步向下翻譯防御蛋白”。

盡管研究小組在擬南芥植物中進行了大量的實驗，但在從酵母到人類的其他生物中也發現了類似的RNA解旋酶和發夾結構，這表明這種重編程蛋白質合成的機制可能很普遍。

在后續實驗中，研究人員利用機器學習設計了一種實驗室制造的mRNA發夾，并將其添加到人類基因中。這種合成發夾也能改變人類細胞中蛋白質的產生。

該團隊已經為這一發現申請了臨時專利。

Dong說，這些發現可能會帶來新的方法來設計作物，“不僅能抵抗病原體，還能抵抗熱、冷和干旱等環境壓力。”

在未來，也有可能設計出用于基因組編輯的mRNA發夾，以幫助對抗感染或治療人類疾病。

“我們的目標是幫助細胞在正確的時間和正確的地點產生適量的蛋白質，這是朝著那個目標邁出的一步。”

本網站所有轉載文章系出于傳遞更多信息之目的，轉載內容不代表本站立場。不希望被轉載的媒體或個人可與我們聯系，我們將立即進行刪除處理。