Cell：拯救受困的细胞工厂

　　

生物通报道  利用强大的数据处理技术，来自约翰霍普金斯大学的研究人员阐明了一种蛋白阻止缺陷遗传物质扰乱细胞运作的机制。这种称作为Dom34的蛋白似乎在蛋白质制造工厂——核糖体陷入遵从缺陷遗传指令的困境时“拯救”了它。这一研究发现发表在近期的《细胞》（Cell）杂志上。

约翰霍普金斯大学医学院分子生物学与遗传学系教授、霍华德休斯医学研究所研究员Rachel Green博士说：“我们已经知道结合Dom34可使得核糖体脱离mRNAs，由此宣告‘一切结束’。没有它，动物无法存活。在这项研究中，我们看到了这一蛋白在现实生活中的行为，它只在核糖体处于一种非常特殊的危险时刻时才会扑过去。”

核糖体利用mRNA长链分子上的遗传指令来生成细胞执行功能所需的蛋白质。通常，核糖体沿着mRNA链移动，随之生成蛋白质，直至它们遭遇到称作为终止密码子的遗传序列（延伸阅读：3篇Science论文解析蛋白质合成机制）。在那一时刻，蛋白质合成完成，专门的回收蛋白帮助核糖体脱离RNA，分解成碎片。

之后这些碎片在一条不同的RNA上再次聚合，重新开启这一过程。Green早先的Dom34研究工作表明，这一蛋白有可能是介入到终止密码子的回收蛋白之一。

为了看看情况是否确实如此，Green利用了加州大学旧金山分校开发的一种方法来分析核糖体的“印迹”。2009年，科学家们报告称他们碾碎酵母，溶解了在那一时刻核糖体内所有不受保护的RNA。他们随后取得剩余的RNA片段，分析了它们的遗传组成。再将序列数据与mRNA相匹配，由此研究人员获得了在特定时刻实时翻译为蛋白质的确切RNA以及基因图像。

Green和博士后研究人员Nick Guydosh采用了这种方法来了解Dom34承担的职责。Guydosh编写了一个计算机程序来比较有无功能性Dom34基因的酵母的印迹数据。随后这一程序确定了缺失Dom34细胞中的核糖体往往会停顿在信使RNAs的什么位置。Guydosh说，在正常细胞中Dom34就是在这些位点拯救了核糖体。

“许多‘交通堵塞’都有一个共同点，就是RNA缺乏让核糖体正常再利用的终止密码子，”他说。例如一些问题mRNA不完整，这是一种常见事件，因为切断mRNAs是细胞调控蛋白质生成量的一种方式。

换句话说，RNA有终止密码子，但却有奇怪和意想不到的事情发生：核糖体经过终止密码子，继续进入到没有蛋白质生成指令的无人区。Guydosh 说：“至少在一段时间内，核糖体继续移动却没有停止合成蛋白。据我们所知，这种‘搜索’活性前所未见——这是一个大的惊喜。”

Green说：“这些结果向我们表明了我们为什么需要Dom34才能生存下去：它是唯一能够拯救困在RNAs上的核糖体的蛋白。没有它，细胞最终会耗尽它们合成蛋白质所需的核糖体。”

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Dom34 Rescues Ribosomes in 3 Untranslated Regions

Ribosomes that stall before completing peptide synthesis must be recycled and returned to the cytoplasmic pool. The protein Dom34 and cofactors Hbs1 and Rli1 can dissociate stalled ribosomes in vitro, but the identity of targets in the cell is unknown. Here, we extend ribosome profiling methodology to reveal a high-resolution molecular characterization of Dom34 function in vivo. Dom34 removes stalled ribosomes from truncated mRNAs, but, in contrast, does not generally dissociate ribosomes on coding sequences known to trigger stalling, such as polyproline. We also show that Dom34 targets arrested ribosomes near the ends of 3 UTRs. These ribosomes appear to gain access to the 3 UTR via a mechanism that does not require decoding of the mRNA. These results suggest that ribosomes frequently enter downstream noncoding regions and that Dom34 carries out the important task of rescuing them.