著名学者庄小威eLife发表新成果

　　

生物通报道：在真核细胞中，转录组的空间组织已经成为调节RNA转录后命运的一种有力手段；然而，原核生物是否使用RNA空间组织作为一种转录后调控机制，尚不清楚。5月20日，哈佛大学霍华德休斯医学研究所的华裔女科学家、美国科学学院院士庄小威带领的研究小组，在国际著名学术期刊《eLife》发表题为“Spatial organization shapes the turnover of a bacterial transcriptome”的研究成果。这项研究使用超高分辨率显微镜来影像大肠杆菌转录组，并观察到了RNA的全基因组空间组织。

本文通讯作者庄小威为华裔生物物理学家、美国国家科学院院士、哈佛大学化学与化学生物、物理学双聘教授，创办有庄小威实验室，同时也是霍华德•休斯医学研究所的研究员，中科大“大师讲席”教授。庄教授早年毕业于中国科技大学少年班，34岁的时候就成为了哈佛大学正教授，并入选了2013年公布的84位新晋美国科学院院士名单，她的当选刷新了最年轻美国科学院华人院士的纪录，可谓是传奇式人物。最近，庄小威博士带领和参与了一系列的学术成果：张锋、庄小威发表新的CRISPR标记系统；著名学者庄小威PNAS发表重要新成果；著名学者庄小威Cell发布重大突破。

mRNA分子编码的蛋白质，是细胞生存和发展所必需的。因此，一个细胞内mRNA的数量，对于确定一个细胞含有的蛋白质的数量和类型，以及细胞的行为，起着至关重要的作用。

现已证明，在真核生物中，比如人类，不仅仅是mRNA的数量影响着细胞的行为，而且还与mRNA分子在细胞内的位置有关。然而，长期以来人们认为，在细菌中——比人类细胞小得多，一个mRNA在细胞内的位置并不影响其行为。尽管如此，最近有科学家对少量的细菌mRNAs进行了研究，发现一些这样的小分子以比平常多的数量，存在于细胞内某些位置。这表明，位置可能影响一些细菌mRNAs的活性。但是，类似的定位模式是否发生在细菌产生的成千上万个不同mRNA中呢？

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为了解决这个问题，庄小威带领的研究小组开发出一种方法，可影像细菌中大量已定义的mRNAs。使用这一方法来研究大肠杆菌，研究人员发现，细菌产生的所有mRNA中，有相当一部分将自己定位在细胞内的特定位置。例如，一些停留在细胞内膜的蛋白质的编码mRNAs，也较多地存在于这层膜上。这种定位也在这些mRNAs的生命中起着重要的作用，因为它们比在细胞其他位置更快的被降解。这种增强的降解率，部分原因是因为分解mRNA分子的酶，也存在于膜上。

因此，细菌可能通过控制mRNA在细胞内的位置，塑造了mRNA被制成蛋白质的过程。接下来是要弄清，为什么细菌会使用细胞位置来影响mRNA降解的速度？

研究人员进一步证明，信号识别颗粒（SRP）所识别的信号肽的共翻译插入，是内膜蛋白mRNA的这种膜定位的原因。为了探讨这种转录组级别的组织的生理学后果，研究人员使用时间分辨率的下一代测序，来检测mRNA的寿命，发现与编码外膜蛋白、细胞质和周质蛋白的mRNAs相比，编码内膜蛋白的mRNA选择性的变得不稳定。

最后，为了阐明这种选择性不稳定的潜在机制，研究人员影像了大肠杆菌中与RNA处理相关的所有酶的分布，并观察到，RNA降解体的成员富集在膜上。一个遗传干扰——将这些酶从膜上去除，可优先稳定编码内膜蛋白的mRNAs，从而表明，它们与膜结合RNA降解体的靠近，可能是这些mRNAs天然去稳定的原因。

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
Spatial organization shapes the turnover of a bacterial transcriptome
Abstract: Spatial organization of the transcriptome has emerged as a powerful means for regulating the post-transcriptional fate of RNA in eukaryotes; however, whether prokaryotes use RNA spatial organization as a mechanism for post-transcriptional regulation remains unclear. Here we used super-resolution microscopy to image the E. coli transcriptome and observed a genome-wide spatial organization of RNA: mRNAs encoding inner-membrane proteins are enriched at the membrane, whereas mRNAs encoding outer-membrane, cytoplasmic and periplasmic proteins are distributed throughout the cytoplasm. Membrane enrichment is caused by co-translational insertion of signal peptides recognized by the signal-recognition particle. Time-resolved RNA-sequencing revealed that degradation rates of inner-membrane-protein mRNAs are on average greater that those of the other mRNAs and that this selective destabilization of inner-membrane-protein mRNAs is abolished by dissociating the RNA degradosome from the membrane. Together, these results demonstrate that the bacterial transcriptome is spatially organized and suggest that this organization shapes the post-transcriptional dynamics of mRNAs.