eLife：“通读”终止密码子非常普遍

　　

生物通报道：基因意味着开放性阅读框。在翻译特定基因的mRNA转录本时，从起始密码子AUG开始，以三个碱基为单位进行，直到核糖体遇到终止密码子，才完成蛋白质的延伸。以上这些都是生物教科书里的规则。

不过，人们常说“规则就是用来打破的”，核糖体也不例外。科学家们已经发现了一些“通读”（Read-through）现象，即核糖体对终止密码子完全无视。但此前，人们还从未在蛋白质组的水平上对这一现象进行分析。

加州大学的Jonathan Weissman教授领导研究团队，评估了果蝇的核糖体通读程度。研究显示，通读现象比人们设想的要普遍得多，影响了成百上千的基因。

研究人员利用改良版的核糖体保护分析，来鉴定发生了通读翻译的mRNA。他们用微球菌核酸酶消化带有核糖体的mRNA，并通过二代测序读取实验结果。这一方法可以反映核糖体的多少和核糖体的位置。

研究人员分别对体外培养的果蝇细胞，和0–2小时的果蝇胚胎进行了研究。他们在总共6000个活跃翻译的基因中，鉴定了350个通读事件，几乎占到总数的6%。其中包括少部分“双通读”事件，翻译进一步向3´ UTR延伸。

此外，文章的第一作者Joshua Dunn还分析了酵母和人类成纤维细胞的通读事件，向人们展示了这一过程在真核生物中的普遍性。Weissman解释道，“通读使有限的基因组生成更为多样化的蛋白质组，这是蛋白获得新功能的一个简便途径。”

2007 和2011年，麻省理工的Manolis Kellis教授应用生物信息学方法，预测了十几种果蝇的通读翻译，并在进化保守性的基础上鉴定了283个候选基因。

Weissman鉴定的350个通读转录本中，有43个是Kellis预测过的。但这并不意味着其余307个转录本就与功能性无关。因为研究人员发现，不少转录本的通读率在细胞和胚胎中并不相同，说明存在着特殊的调控机制。另外，Dunn在50个黑腹果蝇中进一步研究了通读序列的多样性，他发现通读事件更偏好同义改变，说明这一过程存在着选择压力。

Kellis指出，一些通读事件可能比较罕见或者丰度较低，因此并没有在这项研究中体现出来。此外，可能还存在一些随机的非功能性通读。

“从这两个研究看来，基因组中存在许多通读事件，其中只有少部分是保守的，”Kellis说。他预计可能有10%的果蝇基因在翻译时发生了通读。

Weissman指出，通读有助于驱动基因的演化。与所有生物学过程一样，翻译也容易出错，随机发生通读。如果特定基因的通读是有害的，就会被自然选择淘汰。如果通读可以使生物在某些条件下获得竞争优势，就会继续执行通读，充分利用其带来的效果。

 

（生物通编辑：叶予）

参考文献：

1. J.G. Dunn et al., “Ribosome profiling reveals pervasive and regulated stop codon readthrough in Drosophila melanogaster,” eLife, 2:e01179, 2013.

2. M.F. Lin et al., “Revisiting the protein-coding gene catalog of Drosophila melanogaster using 12 fly genomes,” Genome Res, 17:1823–36, 2007.

3. I. Jungreis et al., “Evidence of abundant stop codon readthrough in Drosophila and other metazoa,” Genome Res, 21:2096–2113, 2011.