在科学研究中 研究人员可视化出生的蛋白质

阿尔伯特爱因斯坦医学院的科学家们首次开发出一种技术，使他们能够“看到”单个分子的信使RNA，因为它们被转化为活的哺乳动物细胞中的蛋白质。今天在线发表在“ 科学”杂志上的最新研究结果使用了这项可能揭示神经系统疾病和癌症的技术。

“翻译是将mRNA信息转化为蛋白质的基本生物学过程，”该论文的资深作者，解剖学与结构生物学联合主席，爱因斯坦Gruss Lipper生物光子学中心联合主任Robert Singer博士说。“我们从全基因组研究中了解到，翻译控制细胞中的蛋白质丰度 - 对细胞实现的每一个功能都非常重要。使用这项技术，我们终于可以了解翻译是如何被调节的，并获得对翻译时出现的疾病的重要见解。故障“。辛格博士还在爱因斯坦担任Harold和Muriel Block解剖与结构生物学主席。

当基因DNA中编码的蛋白质信息转录成信使RNA(mRNA)分子时，我们细胞产生的数千种不同蛋白质的产生始于细胞核。这些mRNA分子离开细胞核并迁移到细胞质的特定区域。在下一步，称为翻译，mRNA分子与称为核糖体的分子结构相连。使用mRNA作为其蓝图，核糖体通过一次一个地连接氨基酸来产生蛋白质。研究人员可以使用爱因斯坦技术在细胞质到达目的地时实时跟踪单个mRNA分子，然后观察核糖体产生的蛋白质。

爱因斯坦科学家观察了两种细胞中单个mRNA分子的翻译：人类癌症(骨肉瘤)细胞和小鼠神经元。科学家在神经元中发现了一个令人惊讶的发现，其中发现蛋白质的mRNA翻译发生在“爆发”中 - 这是一种前所未有的现象。

“神经元必须非常密切地控制蛋白质合成，因为神经传递依赖于在正确的位置合成适量的蛋白质：突触，神经元形成电路，”辛格博士说。“爆发活动爆发可能是神经元控制蛋白质产生量和位置的最佳方式 - 神经系统疾病可能是由于神经元无法控制爆发所致。因此，我们的研究结果可能会对脆性X综合症等智力障碍产生影响。这似乎涉及过多的蛋白质生成，可能还有神经退行性疾病，如阿尔茨海默氏症，其中β-淀粉样蛋白团块可能阻断神经元到突触的神经元信号传导。“

当研究人员研究癌细胞中的mRNA翻译时，发生了另一个惊人的观察结果。与神经元相反，癌细胞显示出显着的无法调节mRNA的翻译。相反，mRNA翻译在这些细胞中是连续的过程。由于蛋白质在控制细胞分裂中起着至关重要的作用，因此某些蛋白质的不受控制的翻译可能导致某些类型的癌症。

“凭借我们的技术，研究人员现在可以在以前从未有过的基本水平上研究引起疾病的蛋白质畸变，”辛格博士说。

观察单个mRNA分子翻译的爱因斯坦技术主要由研究的主要作者，解剖学和结构生物学研究助理教授Bin Wu博士开发。它涉及两个挑战：可视化单个mRNA分子以及从mRNA翻译的单个蛋白质分子。在1998年发表于Molecular Cell的研究中，辛格博士的实验室已经成为第一个成功观察活细胞中单个mRNA分子的实验室，因此吴博士在这里采用了这种技术。

对于编码蛋白质肌动蛋白的mRNA，他添加了编码红色荧光蛋白的mRNA以及“膜靶向序列”mRNA，这有助于mRNA分子进入内质网(ER) - 一种膜状细胞结构，即蛋白质合成的主要焦点，并在整个细胞中运输蛋白质和脂质。通过将这种mRNA包装到用于感染它们的逆转录病毒中，将该包装插入细胞中。当mRNA分子向ER扩散时，每个都合成了一个“新生肽”，将其连接到ER-之后，认真开始翻译。

接下来，他解决了第二个挑战，即寻找一种方法可视化mRNA翻译后出生的单个蛋白质。在这里，吴博士使用了最近发表的技术，其中与绿色荧光蛋白融合的遗传编码的单链抗体识别新形成的蛋白质并与其结合，使蛋白质可见。虽然这项第一​​项研究着眼于神经元和癌细胞中单个mRNA分子的翻译，但该技术可能可用于研究任何类型细胞的翻译。