阿爾伯特愛因斯坦醫(yī)學院的科學家們首次開發(fā)出一種技術，使他們能夠“看到”單個分子的信使RNA，因為它們被轉化為活的哺乳動物細胞中的蛋白質。今天在線發(fā)表在“ 科學”雜志上的最新研究結果使用了這項可能揭示神經(jīng)系統(tǒng)疾病和癌癥的技術。

“翻譯是將mRNA信息轉化為蛋白質的基本生物學過程，”該論文的資深作者，解剖學與結構生物學聯(lián)合主席，愛因斯坦Gruss Lipper生物光子學中心聯(lián)合主任Robert Singer博士說。“我們從全基因組研究中了解到，翻譯控制細胞中的蛋白質豐度 - 對細胞實現(xiàn)的每一個功能都非常重要。使用這項技術，我們終于可以了解翻譯是如何被調節(jié)的，并獲得對翻譯時出現(xiàn)的疾病的重要見解。故障“。辛格博士還在愛因斯坦擔任Harold和Muriel Block解剖與結構生物學主席。

當基因DNA中編碼的蛋白質信息轉錄成信使RNA(mRNA)分子時，我們細胞產(chǎn)生的數(shù)千種不同蛋白質的產(chǎn)生始于細胞核。這些mRNA分子離開細胞核并遷移到細胞質的特定區(qū)域。在下一步，稱為翻譯，mRNA分子與稱為核糖體的分子結構相連。使用mRNA作為其藍圖，核糖體通過一次一個地連接氨基酸來產(chǎn)生蛋白質。研究人員可以使用愛因斯坦技術在細胞質到達目的地時實時跟蹤單個mRNA分子，然后觀察核糖體產(chǎn)生的蛋白質。

愛因斯坦科學家觀察了兩種細胞中單個mRNA分子的翻譯：人類癌癥(骨肉瘤)細胞和小鼠神經(jīng)元。科學家在神經(jīng)元中發(fā)現(xiàn)了一個令人驚訝的發(fā)現(xiàn)，其中發(fā)現(xiàn)蛋白質的mRNA翻譯發(fā)生在“爆發(fā)”中 - 這是一種前所未有的現(xiàn)象。

“神經(jīng)元必須非常密切地控制蛋白質合成，因為神經(jīng)傳遞依賴于在正確的位置合成適量的蛋白質：突觸，神經(jīng)元形成電路，”辛格博士說。“爆發(fā)活動爆發(fā)可能是神經(jīng)元控制蛋白質產(chǎn)生量和位置的最佳方式 - 神經(jīng)系統(tǒng)疾病可能是由于神經(jīng)元無法控制爆發(fā)所致。因此，我們的研究結果可能會對脆性X綜合癥等智力障礙產(chǎn)生影響。這似乎涉及過多的蛋白質生成，可能還有神經(jīng)退行性疾病，如阿爾茨海默氏癥，其中β-淀粉樣蛋白團塊可能阻斷神經(jīng)元到突觸的神經(jīng)元信號傳導。“

當研究人員研究癌細胞中的mRNA翻譯時，發(fā)生了另一個驚人的觀察結果。與神經(jīng)元相反，癌細胞顯示出顯著的無法調節(jié)mRNA的翻譯。相反，mRNA翻譯在這些細胞中是連續(xù)的過程。由于蛋白質在控制細胞分裂中起著至關重要的作用，因此某些蛋白質的不受控制的翻譯可能導致某些類型的癌癥。

“憑借我們的技術，研究人員現(xiàn)在可以在以前從未有過的基本水平上研究引起疾病的蛋白質畸變，”辛格博士說。

觀察單個mRNA分子翻譯的愛因斯坦技術主要由研究的主要作者，解剖學和結構生物學研究助理教授Bin Wu博士開發(fā)。它涉及兩個挑戰(zhàn)：可視化單個mRNA分子以及從mRNA翻譯的單個蛋白質分子。在1998年發(fā)表于Molecular Cell的研究中，辛格博士的實驗室已經(jīng)成為第一個成功觀察活細胞中單個mRNA分子的實驗室，因此吳博士在這里采用了這種技術。

對于編碼蛋白質肌動蛋白的mRNA，他添加了編碼紅色熒光蛋白的mRNA以及“膜靶向序列”mRNA，這有助于mRNA分子進入內質網(wǎng)(ER) - 一種膜狀細胞結構，即蛋白質合成的主要焦點，并在整個細胞中運輸?shù)鞍踪|和脂質。通過將這種mRNA包裝到用于感染它們的逆轉錄病毒中，將該包裝插入細胞中。當mRNA分子向ER擴散時，每個都合成了一個“新生肽”，將其連接到ER-之后，認真開始翻譯。

接下來，他解決了第二個挑戰(zhàn)，即尋找一種方法可視化mRNA翻譯后出生的單個蛋白質。在這里，吳博士使用了最近發(fā)表的技術，其中與綠色熒光蛋白融合的遺傳編碼的單鏈抗體識別新形成的蛋白質并與其結合，使蛋白質可見。雖然這項第一??項研究著眼于神經(jīng)元和癌細胞中單個mRNA分子的翻譯，但該技術可能可用于研究任何類型細胞的翻譯。