Cell子刊：绘制细胞周期全基因组翻译景观图

　　

生物通报道  细胞分裂形成新细胞以支持生长，修复损伤组织或是维持我们的健康成体功能，来自加州大学旧金山分校的研究人员发现细胞分裂以一些以往未曾预料到的方式受到调控。他们认为，这一研究发现或许可促成一些抗癌新方法。

导致静息细胞生成及分配新的元件形成子细胞的一些步骤，依赖于细胞最为复杂的一些分子机器。每个细胞机器都是由许多蛋白质构成，被组装成一个功能整体。它们在新复制的染色体中执行诸如DNA修复等任务，或是帮助分开染色体确保染色体能够被分配到子细胞中。

在发表于10月10日《分子细胞》（Molecular Cell）杂志上的一项研究中，加州大学旧金山分校的研究人员在分子生物学家、泌尿科学副教授Davide Ruggero，以及计算生物学家、流行病学和生物统计学助理教授Barry Taylor的领导下，分析了细胞周期进程中仅表达的翻译景观，揭示了数百种mRNA的广泛翻译调控。他们发现协同作用完成这些重要任务的整组蛋白，其生成同时一起增高，其并非是由基因转录为mRNA这一过程所导致，而是受到发生在细胞核糖体中的晚期基因表达的影响。

“我们发现在细胞周期过程中这些蛋白质受到特异地、精细地调控，”Ruggero说。当这一调控动摇时，它会在细胞中造成严重破坏。“细胞周期控制是一个最常在人类疾病中发生错误调控的过程。”

更特别的是，研究人员发现在细胞周期过程中协调的蛋白质生成时间很大程度上是在基因表达末期核糖体内受到控制。在核糖体中细胞机器作用于mRNA大量生成氨基酸链，最终氨基酸链折叠成功能性的蛋白质形式。

2010年，Ruggero报告的重要证据表明，蛋白质生成的这一阶段，即“翻译”过程或许是在淋巴瘤、多发性骨髓瘤和前列腺癌等许多的肿瘤中常常被忽视的过程。

在这项新研究中，研究人员在细胞分裂之前的几个标准细胞周期阶段，检测了mRNA翻译为蛋白质的过程。G1期时，细胞生长并在复制DNA之前生成大量的蛋白质；S期时，细胞复制它们的DNA；G2期时，细胞会生成称作为细胞器的内部元件，在有丝分裂过程中当细胞分裂时它们会与染色体一起进行分配。

科学家们利用了一种称作为核糖体分析（ribosome profiling,）的技术，这一技术最早是由加州大学旧金山分校细胞和分子药理学教授、霍华德休斯医学研究所研究员Jonathan Weismann博士实验室所开发，以确定人类细胞分裂过程中哪些mRNA被核糖体翻译为蛋白质。随后他们采用了Taylor实验研究小组于流行病学和生物统计学教授Adam Olshen实验研究小组共同开发的计算技术，更好地定量了已经被翻译为蛋白质的基因。

通过进行全基因组翻译检测，并采用复杂的计算机算法解译数据，研究人员发现在一个特殊的阶段数组不同的蛋白质大量地生成，而在细胞周期的另一个阶段则维持静息。而以往研究mRNA翻译为蛋白质一次只聚焦一个或是少量的基因。

“我们希望这些方法将帮助到其他的人研究各种疾病翻译阶段的基因调控，以及帮助一些想要基于异常翻译相关发现，确定特异药物研发靶点的人，”Taylor说。

Ruggero一直是从事肿瘤细胞能够生成大量蛋白质维持它们快速生长和永生相关研究的先锋。他也正在探索一些途径来在癌症中治疗靶向这一多余的蛋白质生成。

新研究一个令人惊讶的研究发现是，一种叫做RICTOR的蛋白是由于在细胞周期S期翻译增高而导致生成增多。Ruggero 说，RICTOR充当一种信号帮助了细胞周期像微调发条装置一样运行，而一些研究表明RICTOR在癌症中往往组成性开启。

Ruggero 说，RICTOR参与的这一细胞内生物化学信号级联反应在实验性癌症治疗中进行了广泛地调查研究，这些新研究发现有可能指出了新的药物研发策略。Ruggero和论文的第一作者、实验室的博士后研究人员Craig Stumpf，现正追踪在不同的细胞周期阶段协调许多其他蛋白组同时生成时间的上游触发因子。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

The Translational Landscape of the Mammalian Cell Cycle

Gene regulation during cell-cycle progression is an intricately choreographed process, ensuring accurate DNA replication and division. However, the translational landscape of gene expression underlying cell-cycle progression remains largely unknown. Employing genome-wide ribosome profiling, we uncover widespread translational regulation of hundreds of mRNAs serving as an unexpected mechanism for gene regulation underlying cell-cycle progression. A striking example is the S phase translational regulation of RICTOR, which is associated with cell cycle-dependent activation of mammalian target of rapamycin complex 2 (mTORC2) signaling and accurate cell-cycle progression. We further identified unappreciated coordination in translational control of mRNAs within molecular complexes dedicated to cell-cycle progression, lipid metabolism, and genome integrity. This includes the majority of mRNAs comprising the cohesin and condensin complexes responsible for maintaining genome organization, which are coordinately translated during specific cell cycle phases via their 5 UTRs. Our findings illuminate the prevalence and dynamic nature of translational regulation underlying the mammalian cell cycle.