DNA中的起始密码子可能比以前想象的要多得多

几十年来，使用遗传材料的科学家们已经考虑了一些基本规则。首先，DNA被转录成信使RNA(mRNA)，mRNA被翻译成蛋白质，这对几乎所有的生物学功能都是必不可少的。关于该翻译的中心原则长期以来认为，mRNA中只有少量三字母序列(称为起始密码子)可以触发蛋白质的产生。但是，在包括国家标准与技术研究院(NIST)科学家在内的团队最近的测量结果之后，研究人员可能需要重新审视并重写这一规则。

该研究结果将于2017年2月21日在NIST和斯坦福大学的一项研究合作中由科学家发表在“ 核酸研究 ”杂志上发表，证明至少有47种可能的起始密码子，每种密码子可以指导细胞开始蛋白质合成。之前认为64种可能的三联密码子中只有7种触发蛋白质合成。

“可能许多潜在的起始密码子仍未被发现，因为没有人能够看到它们，”主要作者Ariel Hecht说道，他是生物计量联合计划的团队成员，该计划包括NIST和斯坦福。

科学家在20世纪50年代和60年代发现了许多关于DNA和RNA的初步发现，包括起始密码子。从那以后，这些想法已经成为全球教科书中对分子生物学规则的现代理解。

遗传密码通常通过四个字母-A，C，G和T或U-的序列表示，其对应于称为腺嘌呤，胞嘧啶，鸟嘌呤和胸腺嘧啶(用于DNA代码)或尿嘧啶(用于RNA代码)的分子单元。五十年前，最好的研究工具表明，在大多数生物中只有少数起始密码子(具有AUG，GUG和UUG的序列)。起始密码子很重要，因为它们标志着将RNA翻译成特定氨基酸串(即蛋白质)的配方的开始。

JIMB团队认识到，对于密码子表现的一般理解可能会有一些不妥之处，因为它会在一轮百吉饼和咖啡上意外地开始。Hecht和他的同事Jeff Glasgow，Lukmaan Bawazer和Matt Munson正在讨论同事Paul Jaschke试图重构病毒phiX174的失败。重构是一种用于研究基因组和鉴定必需基因的重编码或重排。作为此类研究的一部分，phiX174可用于感染大肠杆菌细胞。

Jaschke用不应该开始翻译的密码子(AUA和ACG)取代了几个基因的起始密码子。然而，令Jaschke感到意外的是，他仍在检测那些因移除而应该被沉默的基因的表达。赫克特思索着一个似乎是一个相当天真的问题：Jaschke的实验结果真的错了吗?如果结果表明密码子不符合传统的开始描述，但是开始翻译的可能性不同，该怎么办?据他们所知，没有人曾经系统地探讨过是否可以从所有64个密码子中启动翻译。没有人证明你不能从任何密码子开始翻译。

“我们都集体问自己：有人看过吗?” 赫克特说。关于该主题的现有文献的进一步审查表明答案是否定的。与半世纪前工作的遗传学家不同，JIMB团队和其他参与细胞内部运作的团队现在拥有更强大的工具，包括绿色荧光蛋白(GFP)，一种改编自水母的蛋白质和纳米荧光素酶，另一种蛋白质改编自深海虾。GFP和纳米荧光素酶均在细胞内表达时发光，并在过去十年内进行了优化，以产生非常强的信号，可用于深入探测细胞。

“十年前，不存在进行这种测量的工具，”Hecht说。

NIST专注于精确测量过程，并且起始密码子挑战证明对JIMB团队来说是不可抗拒的。该合作成立于2016年，旨在通过汇集来自学术界，政府实验室和行业的专家进行集体科学调查，推进生物测量科学和促进发现过程。

通过使用GFP和纳米荧光素酶，该团队测量了来自所有64个密码子的细菌大肠杆菌中的翻译起始。他们能够从47个密码子中检测到蛋白质合成的起始。

对于我们对生物学的理解，这项工作的意义可能非常深刻。

“我们希望了解细胞内部的一切，以便我们能够充分了解分子规模的生活，并有更好的机会与生物学合作共同发展，”斯坦福大学教授兼JIMB同事兼顾问Drew Endy说。“我们认为我们知道规则，但事实证明我们还需要了解其他整个层面.DNA的语法可能比我们想象的更复杂。”

JIMB团队警告说，这篇论文真的只是第一步，目前还不清楚其他有机体的研究将会揭示出来。

“我们需要非常谨慎地从这些发现中推断或将其应用于其他生物体而无需进一步深入的研究，”Hecht说。他希望本文能够鼓励或激励其他研究人员探索这个主题，以寻找更多的答案。

“可能所有密码子都可能是起始密码子，”赫克特说。“我认为这只是能够在适当水平上衡量它们的问题。”