加州拉霍拉——斯克里普斯研究公司和斯坦福大學的科學家團隊已經(jīng)實時記錄了核糖體組裝過程中的關(guān)鍵步驟。核糖體是復雜的、進化上古老的“分子機器”形式，在細胞中產(chǎn)生蛋白質(zhì)，對整個生命至關(guān)重要。
《細胞》雜志報道的這一成果以前所未有的細節(jié)揭示了RNA鏈是細胞分子的主要成分之一，這些分子天生就具有粘附性，很容易錯誤折疊，以及核糖體蛋白是如何“陪伴”它們正確折疊并形成核糖體的。
這一發(fā)現(xiàn)推翻了長期以來的觀點，即核糖體是在嚴格控制的逐步過程中組裝的。
斯克里普斯研究部綜合結(jié)構(gòu)和計算生物學系教授詹姆斯r威廉姆森博士說：“與該領域的主流理論相比，我們揭示了一個更加混亂的過程?！薄斑@不是一條順暢的底特律裝配線，更像是華爾街的交易大廳?！?
為了這項研究，威廉姆森的實驗室與斯坦福大學教授約瑟夫普利西的實驗室合作。這項工作雖然是基礎細胞生物學的重要成果，但應該能在醫(yī)學上取得重要進展。例如，一些抗生素目前通過抑制細菌核糖體發(fā)揮作用。這項新的研究為設計具有更高特異性的靶向細菌核糖體的未來抗生素(從而減少副作用)開辟了可能性。
更廣泛地說，這項研究為生物學家提供了一種強大的研究RNA分子的新方法，在任何給定的時間，典型細胞中都有數(shù)十萬個RNA分子在活躍。
“這表明，我們現(xiàn)在可以詳細檢查RNA在合成過程中是如何折疊的，蛋白質(zhì)是如何在上面組裝的，”第一作者奧利維爾杜斯博士說，他是斯克里普斯研究所綜合結(jié)構(gòu)和計算生物學系的博士后研究員?！斑@在生物學中一直是一件非常困難的事情，因為它涉及到幾個不同的生物過程，這些過程是相互依賴的，必須同時被發(fā)現(xiàn)?！?
該團隊使用了一種被稱為“零模式波導單分子熒光顯微鏡”的先進成像技術(shù)。近年來，他們利用這項技術(shù)實時跟蹤RNA和蛋白質(zhì)。它由核糖體RNA和蛋白質(zhì)組成，反映了一種分子伙伴關(guān)系，一般認為可以追溯到地球生命的黎明。
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大腸桿菌核糖體提取的早期、短暫和相對高水平的階段。這包括核糖體核糖核酸從其相應基因的轉(zhuǎn)錄或復制，以及核糖核酸鏈和核糖體蛋白質(zhì)之間的初始相互作用。
在這項新的研究中，研究團隊擴展了這種方法，不僅跟蹤核糖體核糖核酸的轉(zhuǎn)錄，還實時跟蹤其折疊。這項工作詳細介紹了大腸桿菌核糖體組裝的復雜而神秘的部分，即在八個蛋白質(zhì)伴侶的幫助下，大腸桿菌核糖體的整個主要成分或結(jié)構(gòu)域得以形成。最終融入結(jié)構(gòu)中。
一個關(guān)鍵的發(fā)現(xiàn)是，核糖體蛋白質(zhì)伴侶通過與RNA鏈的多次臨時相互作用來指導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)還暗示了未知的RNA組裝因子的存在，很可能是蛋白質(zhì)，它們不存在于實驗室培養(yǎng)皿成像實驗中，而是存在于細胞中，從而提高了RNA折疊的效率。
“我們的研究表明，在核糖體RNA折疊中，或許更一般地說，在細胞RNA折疊中，許多蛋白質(zhì)也可以通過弱的、短暫的和半特異性的相互作用來幫助折疊RNA，”劑量說。
該團隊現(xiàn)在將能夠進一步擴展這項研究，不僅研究涉及多個核糖核酸鏈和幾十種蛋白質(zhì)的剩余核糖體組裝，還研究細胞中許多其他類型的核糖核酸折疊和核糖核酸蛋白質(zhì)相互作用。
原則上，這項研究將提供關(guān)于核糖核酸如何錯誤折疊以及如何糾正這種事件的見解?？茖W家認為，許多疾病涉及或可能涉及細胞中核糖核酸的不正確折疊和相關(guān)處理。
核糖體的現(xiàn)有治療方法也可能得到改進。目前的一些抗生素，包括被稱為氨基糖苷類的抗生素，通過與細菌核糖體上不存在于人類核糖體上的位點結(jié)合而發(fā)揮作用。這些藥物可能會有副作用，因為它們也會破壞好細菌的核糖體，比如腸道中的核糖體。
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