斯克里普斯研究公司和斯坦福大學(xué)的一個科學(xué)家團隊實時記錄了核糖體組裝的關(guān)鍵步驟，核糖體是在細胞中制造蛋白質(zhì)并對于所有生命形式必不可少的復(fù)雜的，進化上古老的“分子機器”。

這項在Cell上報道的成果以前所未有的細節(jié)揭示了核糖核酸(RNA)鏈是固有粘著并易于錯誤折疊的細胞分子如何被核糖體蛋白“陪伴”成正確折疊并形成核糖體的主要成分之一。

該發(fā)現(xiàn)推翻了長期以來的信念，即核糖體是在嚴格控制的逐步過程中組裝的。

Scripps研究部綜合結(jié)構(gòu)與計算生物學(xué)系教授James R. Williamson博士說：“與該領(lǐng)域的主導(dǎo)理論相反，我們揭示了一個更為混亂的過程。” “這不是一條光滑的底特律裝配線，更像是華爾街的一個交易場。”

為了進行這項研究，威廉姆森的實驗室與斯坦福大學(xué)教授約瑟夫·普格里西(Joseph Puglisi)的實驗室合作。盡管這項工作是基礎(chǔ)細胞生物學(xué)的一項重要成就，但它應(yīng)能在醫(yī)學(xué)上取得重要進展。例如，目前一些抗生素通過抑制細菌核糖體起作用。這項新的研究為設(shè)計未來針對細菌核糖體的抗生素具有更高的特異性(從而減少副作用)開辟了可能性。

更廣泛地說，這項研究為生物學(xué)家提供了一種強大的新方法來研究RNA分子，在任何給定的時間在典型細胞中有數(shù)十萬個RNA分子活躍。

“這表明我們現(xiàn)在可以詳細檢查RNA在合成過程中如何折疊以及蛋白質(zhì)在其上的組裝情況，”第一作者Olivier Duss博士說，他是綜合結(jié)構(gòu)與計算生物學(xué)系的博士后研究員在Scripps Research。“這在生物學(xué)上一直是一件非常困難的事情，因為它涉及到幾個相互依賴且必須同時被發(fā)現(xiàn)的不同生物學(xué)過程。”

該團隊使用了一種稱為“零模式波導(dǎo)單分子熒光顯微鏡”的先進成像技術(shù)，近年來，他們將該技術(shù)用于實時跟蹤RNA和蛋白質(zhì)。核糖體由RNA和蛋白質(zhì)組成，反映了一種分子伙伴關(guān)系，人們普遍認為這種伙伴關(guān)系可以追溯到地球生命的曙光。

在去年發(fā)表的一項原理驗證研究中，研究人員使用他們的方法記錄了從大腸桿菌中提取核糖體的早期，簡短和研究程度相對較高的階段。這涉及核糖體RNA的轉(zhuǎn)錄或從其相應(yīng)基因中復(fù)制出來，以及該RNA鏈與核糖體蛋白的初始相互作用。

在這項新研究中，研究小組不僅通過跟蹤核糖體RNA的轉(zhuǎn)錄而且還實時跟蹤其折疊來擴展了這種方法。這項工作詳細介紹了大腸桿菌核糖體裝配的復(fù)雜的，直到現(xiàn)在仍然是神秘的一部分，該過程是在八個蛋白質(zhì)合作伙伴的協(xié)助下，形成了大腸桿菌核糖體的整個主要成分或結(jié)構(gòu)域。并入結(jié)構(gòu)。

一個關(guān)鍵的發(fā)現(xiàn)是，核糖體蛋白伴侶通過與RNA鏈的多次臨時相互作用來引導(dǎo)RNA鏈的折疊，就在它們嵌套在折疊的RNA-蛋白質(zhì)分子的最終位置之前。根據(jù)研究人員的發(fā)現(xiàn)，這些發(fā)現(xiàn)還暗示著存在未知的RNA組裝因子，最有可能是蛋白質(zhì)，它們在實驗室培養(yǎng)皿型成像實驗中不存在，但存在于細胞中，從而提高了RNA折疊的效率。

杜斯說：“我們的研究表明，在核糖體RNA折疊中，也許在更普遍的是在細胞中的RNA折疊中，許多蛋白質(zhì)雖然通過弱，短暫和半特異性的相互作用也可以幫助折疊RNA。”

該小組現(xiàn)在將能夠進一步擴展這項研究，以不僅研究涉及多條RNA鏈和數(shù)十種蛋白質(zhì)的其余核糖體裝配，而且還研究細胞中許多其他類型的RNA折疊和RNA蛋白相互作用。

原則上，這項研究將提供有關(guān)RNA如何錯折疊以及如何糾正此類事件的見解?？茖W(xué)家認為，許多疾病涉及或可能涉及細胞中RNA的不正確折疊和相關(guān)加工。

已經(jīng)針對核糖體的治療方法也可能會得到改善。一些當(dāng)前的抗生素，包括稱為氨基糖苷類的抗生素，通過與細菌核糖體上人類核糖體上不存在的位點結(jié)合而起作用。這些藥物可能會產(chǎn)生副作用，因為它們也會損害好細菌的核糖體，例如在腸道中。

“當(dāng)我們更全面地了解細菌核糖體的組裝和功能時，我們可能會以影響一小部分有害細菌種類并保留有益細菌種類的方式針對它們，從而減少患者的副作用，” Duss說。

因為核糖體起蛋白質(zhì)制造者的作用，所以它們對于快速生長的腫瘤細胞的存活也至關(guān)重要。幾類抗癌藥已經(jīng)通過以一種或另一種方式減緩核糖體形成而起作用。Duss指出，原則上對人核糖體的更好理解將使它的組裝更精確，更有力地靶向癌癥。

這項研究的另一位合著者，《瞬時蛋白質(zhì)-RNA相互作用指南：新生核糖體RNA折疊》是Scripps Research的Galina Stepanyuk博士。