任何時(shí)候生物體中RNA分子的總體是精致舞蹈的產(chǎn)物?；虮仨?ldquo;打開”或表達(dá)，以便將DNA轉(zhuǎn)化為RNA，然后將RNA轉(zhuǎn)化為能夠?qū)崿F(xiàn)生物體生理需求的蛋白質(zhì)。但同樣重要的是，一旦不再需要RNA轉(zhuǎn)錄本，必須將其清除掉。

賓夕法尼亞大學(xué)的研究人員對(duì)后一過程有了新的見解，確定了RNA分子降解的新機(jī)制。該研究由賓夕法尼亞大學(xué)生物系副教授布萊恩·D·格雷戈里(Brian D. Gregory)和同一部門的博士后研究員項(xiàng)羽提供，首次證明RNA降解可在同一空間發(fā)生，同時(shí)也可發(fā)生RNA翻譯正在植物中發(fā)生?；诖_定酵母中類似過程的工作，賓夕法尼亞大學(xué)的研究表明，這可能是一個(gè)進(jìn)化上保守的過程。

“在我看來，RNA降解是基因調(diào)控的一個(gè)被忽視的方面，”格雷戈里說。“關(guān)鍵在于它與基因表達(dá)同樣重要，我們都在考慮。我們?cè)谶@里的貢獻(xiàn)是表明降解不必與翻譯分開發(fā)生。我們發(fā)現(xiàn)一定比例的RNA正在被降解為核糖體在成績(jī)單的長(zhǎng)度上移動(dòng)。它正在共同翻譯。“

這項(xiàng)工作發(fā)表在植物細(xì)胞雜志上。

Gregory和Yu與其他實(shí)驗(yàn)室成員，共同第一作者M(jìn)atthew R. Willmann和Stephen J. Anderson合作撰寫了論文。

在這項(xiàng)研究之前，科學(xué)家們已經(jīng)意識(shí)到信使RNA可以被降解的兩種方式，一種從一開始就開始，或者是RNA轉(zhuǎn)錄本的5-prime末端，另一種是從末端或3-prime側(cè)開始。在兩種情況下，降解主要發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)中。

最近在酵母中的研究發(fā)現(xiàn)了一種RNA降解途徑，這種途徑從這種霉菌中脫落，當(dāng)RNA轉(zhuǎn)錄物仍附著在核糖體上時(shí)發(fā)生，核糖體是負(fù)責(zé)將RNA翻譯成蛋白質(zhì)的分子機(jī)制。

Gregory的實(shí)驗(yàn)室專注于植物中的RNA調(diào)控，賓夕法尼亞大學(xué)的科學(xué)家們想要探索酵母研究人員觀察到的過程是否也在植物中發(fā)現(xiàn)。

為此，研究小組使用了Gregory開發(fā)的一種技術(shù)作為博士后，稱為無蓋和切割的轉(zhuǎn)錄本的全基因組作圖，或GMUCT，它只識(shí)別那些被切割或在降解過程中的RNA分子。檢查來自擬南芥的花芽RNA，他們進(jìn)行了GMUCT，從轉(zhuǎn)錄本中挑選出可疑的共翻譯降解轉(zhuǎn)錄本，這些轉(zhuǎn)錄本可能是由微小RNA控制的另一個(gè)過程通過尋找酵母研究人員看到的相同信號(hào)切割的：發(fā)生的切割事件16到信使RNA上游17個(gè)核苷酸終止密碼子，其中翻譯停止。該位置與翻譯終止期間核糖體將覆蓋轉(zhuǎn)錄物的5邊緣對(duì)齊。

“我們看到降解RNA與植物中的核糖體有關(guān)，就像在酵母中一樣，”Yu說。“許多分子事件耦合在一起。例如，基因轉(zhuǎn)錄與剪接相結(jié)合。所以這是耦合的另一個(gè)例子，其中兩個(gè)分子事件在空間和時(shí)間上相互聯(lián)系。”

為了進(jìn)一步探索這種偶聯(lián)事件，研究人員詢問了GMUCT的結(jié)果，尋找核糖體在降解/翻譯過程中暫停的例子。他們注意到核糖體特別是在終止密碼子處暫停，并且令他們驚訝的是，他們發(fā)現(xiàn)了編碼終止密碼子的三種不同序列之間的區(qū)別。

“直到現(xiàn)在，每個(gè)人都認(rèn)為你使用哪種終止密碼子并不重要，他們都做同樣的事情，”格雷戈里說。“根據(jù)我們的數(shù)據(jù)，看起來核糖體和轉(zhuǎn)錄物之間相互作用的動(dòng)力學(xué)對(duì)于每種類型的終止密碼子都是不同的，或者可能存在與每種終止密碼子相關(guān)的獨(dú)特蛋白質(zhì)復(fù)合物。”

研究人員表示，這一發(fā)現(xiàn)可能表明翻譯效率可能受到三種終止密碼子中的哪一種的調(diào)節(jié)。

他們的結(jié)果還檢測(cè)到RNA轉(zhuǎn)錄物的非翻譯區(qū)，稱為上游開放閱讀框的區(qū)域或uORF的調(diào)節(jié)區(qū)域的跡象。他們通過記錄轉(zhuǎn)錄物的5-prime非翻譯區(qū)中特定位置的切割點(diǎn)峰值和uORF中存在的終止密碼子暫停來檢測(cè)這些活性區(qū)域。

“許多這些活躍的上游開放閱讀框架以特定于組織和特定發(fā)育的方式調(diào)節(jié)下游開放閱讀框架，因此我們可以使用我們的方法找出哪些組織在您正在剖析的任何組織中都是活躍的，”格雷戈里說。

研究人員用突變植物進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，以了解參與共翻譯RNA衰變的分子參與者。他們的研究發(fā)現(xiàn)XRN4是一種已知可催化RNA降解的酶，而ABH1是核mRNA結(jié)合復(fù)合物的一部分，它參與許多生物過程，包括信使RNA穩(wěn)定性和剪接以及最初的蛋白質(zhì)翻譯。他們的研究結(jié)果表明，這一過程在調(diào)節(jié)參與應(yīng)激反應(yīng)的基因(如溫度)方面可能尤為重要。

“這個(gè)過程看起來像是一種非常有效的方法來擺脫你需要擺脫的成績(jī)單，以便有適當(dāng)?shù)膲毫Ψ磻?yīng)，”格雷戈里說。

“合并翻譯衰變似乎比一些經(jīng)典的已知降解途徑更有效，更快速，”Yu說。

因?yàn)檠芯咳藛T觀察到由microRNA介導(dǎo)的翻譯抑制調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)錄物更可能經(jīng)歷共翻譯衰變，他們正在設(shè)想一種模型，通過這種模型，這些可能導(dǎo)致他們的目標(biāo)轉(zhuǎn)錄物進(jìn)入共翻譯衰變的過程，甚至可能甚至通過這個(gè)過程物理穿梭他們。

為了跟進(jìn)他們的發(fā)現(xiàn)，Gregory的小組想要檢查他們觀察到的過程，共轉(zhuǎn)化降解和他們基于不同終止密碼子觀察到的獨(dú)特相互作用是否是組織特異性過程，即它們是否出現(xiàn)在其他植物中超出花蕾的組織。

他們還想探討這一過程是否超出酵母和擬南芥植物，甚至可能擴(kuò)展到人類。