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mRNA组分的倾斜表达与蛋白质产生的微调相关

长期作为DNA和蛋白质之间的简单联系,信使RNA从未提供太多的吸引力。但洛克菲勒大学的新研究表明,该分子可能出乎意料。通过揭示mRNA分子成分表达的广泛差异 - 一些假定不会发生的事情 - 科学家们说他们发现了有趣的表达模式,这些模式表明mRNA分子中某些区域具有意想不到的功能。

mRNA组分的倾斜表达与蛋白质产生的微调相关

“我们在mRNA的两个部分的表达中发现的不平衡比率,一个携带蛋白质的代码,一个不携带,但似乎没有随机出现,”资深作者,研究副教授玛丽海因斯说。“我们怀疑这些偏斜比例中的一些可能作为调节蛋白质产生的机制,特别是在胚胎发育过程中,也可能在成年人中。”

12月16日在Neuron报道,研究人员的研究结果集中在信使RNA中的区域,信使RNA直接从基因转录,然后转化为蛋白质。转录后,每个mRNA分子在其中间具有编码序列,即制备蛋白质的说明书。编码序列的两侧是两个不能继续产生蛋白质的部分,即3'非翻译区(UTR)和5'UTR,其名称来源于糖骨架。长期以来人们一直认为这三者都在一个mRNA分子中粘在一起。

使用洛克菲勒开发的技术称为翻译核糖体亲和纯化(TRAP),Hynes的团队从胚胎小鼠的多巴胺神经元中分离纯化的mRNA。使用显示表达的mRNA区域的浏览器,他们令人惊讶地观察到多巴胺神经元中的许多基因显示出3'UTR mRNA序列的丰富表达,并且这些mRNA的编码区几乎没有表达。例如,Sox家族中的两个基因Sox11和Sox12就是如此,这些基因已知有助于确定发育过程中细胞的命运。

这与一般的想法相矛盾,即一旦mRNA从基因转录,5'和3'UTRs和编码区作为一个单元起作用,直到产生蛋白质并且mRNA被降解。

一个早期的研究已经注意到类似的差距,但没有探索生物学意义和它的数据并没有得到广泛的关注。Hynes和她的同事们采取了下一步的步骤,询问:为什么细胞会产生丰富的3'UTR序列并且没有编码序列,因为没有编码序列就不能制造蛋白质?

为了验证结果并了解这是否仅限于多巴胺神经元,发育或神经系统,研究小组使用绿色探针标记编码序列,红色标记胚胎和成人组织中19个基因的3'UTR。

“基于先前的理解,预计组织中的每个细胞都应显示为黄色,当两者都表达时,或黑色,当两者都没有时,”Hynes说。“但令我们惊讶的是,当我们检查大脑中的Sox11 mRNA时,我们发现许多神经元是红色的,或者主要表达UTR,还有许多是绿色的,或主要表达编码序列。”

他们继续表明,对于他们检查的每个基因都是如此,并且UTR和编码序列的差异表达发生在胚胎,成人和神经系统之外。他们发现,甚至广泛表达的基因如β肌动蛋白(细胞运动和结构所必需的蛋白质)也显示出UTR和编码序列表达的差异。

当他们把蛋白表达考虑,他们发现的3'表达的比率越高UTR到编码序列,蛋白质-这表明高水平3'的水平越低UTR可能以某种方式参与对调低拨盘蛋白生产。然而,Hynes说,目前尚不清楚这种情况会如何发生。

接下来,他们重点关注发育中的多巴胺神经元,他们发现的九千个基因在其中活跃。在纽约基因组中心的帮助下,他们将具有高UTR与编码序列比率的基因的生物学功能与具有可比比例的基因进行了比较。许多高UTR基因最终在发育中发挥作用,而具有可比比例的基因更常参与通用细胞过程。

“在开发过程中神经元可能需要表达某个基因,而只是它的一个具体的量。过多或过少可能是有害的,导致不可逆转的命运改变了。所以,我们认为这可能是精细滴定的机制来自活性基因的蛋白质水平,“海因斯说。

她说,由于RNA 表达的研究可能依赖于UTR,编码部分或两者之间的序列,因此可能会失去必要的信息。“展望未来,我认为当RNA测序实验表明某种基因高度表达时,研究人员希望仔细研究这两种成分的相对水平,以更准确地了解所表达的基因。”

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