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Science挑战教科书,发现蛋白质新作用

打开任何一本生物学入门教材,你首先学到的第一课就是:我们的DNA拼写着生成蛋白质的指令,我们身体细胞中的大多数工作都是由蛋白质这些微小的机器来完成。发表在1月2日《科学》(Science)杂志上一项研究的结果公然挑战了科学教科书,第一次证实蛋白质的构件——氨基酸可以在没有DNA和中间模板信使RNA (mRNA)的情况下进行组装。研究小组观察发现了由另一蛋白质来指定添加哪种氨基酸的情况。

论文的第一作者、犹他州大学生物化学博士后研究员Peter Shen说:“这一惊人的研究发现反映了我们并不完全了解生物学。自然远比我们认识到的还要能干得多。”

将细胞视作运行良好的工厂,或有助于正确理解这一新研究发现。核糖体是蛋白质组装线上的机器,负责按照遗传密码指定的顺序将氨基酸连接到一起。当出现差错时,核糖体可能会停止运转,并将质量控制人员召集到这一位点。为了收拾这一烂摊子,细胞会分解核糖体,丢弃蓝图,回收部分生成的蛋白质。

而新研究揭示出了这一质量控制团队中的一个成员,保守存在于从酵母到人类中的一种蛋白质:Rqc2p的一个惊人作用。在这一不完整蛋白质被回收之前,Rqc2p促使核糖体按照任意顺序反复添加了两种氨基酸:丙氨酸和苏氨酸。你可以将其想象为,一条汽车组装线在丧失指令的情况下仍在继续运转。它捡起了可以捡起的,并胡乱进行组装:喇叭-车轮-车轮-喇叭-车轮-车轮-车轮-车轮-喇叭。

加州大学旧金山分校助理教授、犹他州大学生物化学兼职教授Adam Frost博士说:“在这种情况下,我们有一种蛋白执行了通常由mRNA所承担的任务。我喜欢这个故事,因为它模糊了我们过去所认为的蛋白质的功能界限。”Frost和加州大学旧金山分校霍华德休斯医学研究所研究员Jonathan Weissman博士,以及斯坦福大学的Onn Brandman博士是这篇论文的共同资深作者。

就像在一辆半成品汽车的一边安装了多余的喇叭和车轮一样,带有一段丙氨酸和苏氨酸显然随机序列的蛋白质看起来怪怪的,有可能无法正常工作。但这一无意义的序列有可能满足了特殊的目的。这一密码有可能发出了一种信号,表明必须破坏掉这一不完整的蛋白质,又或有可能是测试的一个组成部分,看看核糖体是否正常运转。有证据表明,在诸如阿尔茨海默氏症、肌萎缩侧索硬化症(ALS)或亨廷顿氏病等一些神经退行性疾病中当中的一个或两个过程有可能出现了错误。

Brandman说:“这项工作有许多有趣的潜在状况,如果我们不追随自己的好奇心,任何一种情况都不可能发生。发现的主要驱动力就是探索你所看到的,而这正是我们所做的。将永远不会有什么可替代它。”

当科学家们亲眼看到有关的证据时,首先便考虑它是一种不同寻常的现象。他们借助了一种叫做冷冻电子显微镜的技术极速冷冻并随后成像了运行中的这一质量控制机器。Frost说:“我们捕获了行动中的Rqc2p。但这一观点如此的牵强附会。证实它是我们的责任。”

通过广泛的生物化学分析他们证实了自己的假说。新的RNA测序技术证实,Rqc2p/核糖体复合物有可能添加了一些氨基酸到停运的蛋白质上,因为它也结合了将氨基酸带到蛋白质组装线上的tRNAs。他们看到的这些特异tRNAs只携带了丙氨酸和苏氨酸两种氨基酸。起决定作用的是,他们确定了停运的蛋白质被添加了广泛的丙氨酸和苏氨酸链。

“现在我们的工作就是要确定这一过程发生的时间和地点,以及当它失败时会发生的事情,”Frost说。

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