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        新技術(shù)可以實時研究大分子組裝
        
			
        
				2018-12-30 19:33:06
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        由斯克里普斯研究所的科學家們共同領導的一個小組展示了一種新的顯微鏡技術(shù)，可以在分子水平上研究復雜的生物過程。研究人員使用這項技術(shù)實時記錄DNA到RNA的復制或轉(zhuǎn)錄，以及隨后蛋白質(zhì)與RNA轉(zhuǎn)錄本的結(jié)合，開始組裝一個叫做核糖體的大分子。
        

        新技術(shù)可以實時研究大分子組裝
        

        11月30日發(fā)表在《自然通訊》(Nature Communications)雜志上的一篇論文描述了這項技術(shù)，它為研究RNA和蛋白質(zhì)相關的各種分子相互作用，以及在類似活細胞的條件下，以前所未有的細節(jié)進行研究鋪平了道路。
        

        “我們可以將這種方法應用于許多生物學問題，”該研究的第一作者Olivier Duss博士說。
        

        這項研究的高級研究員是斯克里普斯研究所的詹姆斯·威廉姆森博士和斯坦福大學的約瑟夫·普利西博士。
        

        像DNA轉(zhuǎn)錄這樣的納米級生物過程不能通過普通顯微鏡直接觀察到，因為所涉及的分子比可見光波長小很多倍。因此，科學家不得不想出間接的方法來“觀察”這些過程。例如，單分子成像技術(shù)在單個分子上使用熒光標記來監(jiān)視它們的運動和與其他分子的相互作用。
        

        單分子技術(shù)的一個常見缺點是要求標記的分子濃度非常低——這樣它們的集體熒光就不會產(chǎn)生太多的背景“噪聲”，掩蓋來自單個分子的信號。
        

        “問題是，當你想研究一些生物過程時，比如核糖體組裝，你必須復制細胞中濃度高得多的分子;否則，這個過程就不會像通常那樣發(fā)生。
        

        這項新技術(shù)是基于一種稱為零模波導熒光顯微鏡的技術(shù)，這種技術(shù)可以使成像的分子具有更高的、生物學上真實的濃度。它通過在光源和分子溶液之間穿孔數(shù)千個小孔(或波導)的金屬薄膜來完成這一過程。這些波導有效地將單個分子隔離在光照/視場中，即使它們的濃度相對較高，從而大大降低了背景噪聲。
        

        在這種情況下，科學家們在感興趣的分子上附加了特殊的熒光標記，使分子的某些特殊運動能夠引起熒光強度的明顯變化。因此，科學家們可以實時監(jiān)測分子間的相互作用，并同時監(jiān)測由波導分離出來的成百上千個相互作用的分子——這使得研究人員能夠?qū)@些相互作用中通常發(fā)生的事情有一個統(tǒng)計學上可靠的認識。對于波導中的每一組分子，研究人員可以使用多達四種不同顏色的熒光標記，使他們能夠在同一時間監(jiān)視同一過程中的那么多不同分子。
        

        該團隊通過記錄核糖體組裝的早期階段，展示了該技術(shù)的強大功能。核糖體是由RNA和蛋白質(zhì)組成的分子工廠，在細胞中起著合成蛋白質(zhì)的關鍵作用。每個細胞都需要成千上萬甚至上百萬的核糖體，當舊的核糖體分解或細胞分裂時，新的核糖體就會不斷聚集。在核糖體組裝的開始，核糖體蛋白在RNA合成過程中與RNA相互作用，但轉(zhuǎn)錄和蛋白結(jié)合是如何相互作用的還沒有被很好地理解。
        

        研究人員能夠監(jiān)測DNA中核糖體RNA轉(zhuǎn)錄的進展，并觀察到隨后核糖體蛋白S15與新生RNA轉(zhuǎn)錄本的結(jié)合很快。他們同時記錄了數(shù)百個不同的核糖體組裝過程。
        

        數(shù)據(jù)顯示這種protein-RNA綁定過程適用的正常生理溫度35°C,但效率相對要少得多冷20°C,顯然是因為溫度的核糖體RNA會折疊在它被在轉(zhuǎn)錄合成。
        

        Duss說:“我們選擇核糖體蛋白S15作為我們首次證明蛋白質(zhì)與轉(zhuǎn)錄RNA結(jié)合的一個原因是，S15-核糖體RNA相互作用的研究相對較好，因此我們可以根據(jù)已知的結(jié)果來檢查我們的結(jié)果。”
        

        在以這種方式驗證了他們的技術(shù)之后，Duss和同事們現(xiàn)在正將其應用于更復雜和更具挑戰(zhàn)性的生物事件，包括RNA折疊、全核糖體組裝，甚至從核糖體組裝到合成新蛋白質(zhì)的整個過程。
        
			

			
          
        
			
        
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