华人学者重要成果刊登MolCell封面

　　最近，来自德克萨斯大学（UT）西南医学中心试图了解遗传密码的生理学家，发现了一个此前未知的代码，有助于解释“为形成一种特定类型的细胞，应该制造哪种蛋白质？”

　　人体是由数十万亿个细胞组成的。每一个细胞都含有成千上万个蛋白质，它们决定着细胞的形态及其需要执行的功能。反过来，蛋白质是由数百个氨基酸组成的。每个蛋白质的蓝图是由遗传密码子（构成20种不同类型氨基酸的三核苷酸）指定的。氨基酸连接在一起的方式，决定着最终产生哪些蛋白质，反过来，决定着细胞将有什么功能。

　　研究人员发现，这不仅与氨基酸的序列有关，而且与氨基酸组装成一个功能性蛋白质的过程的速度有关。

　　本文通讯作者、生理学教授刘毅（音译，Yi Liu）博士说：“我们的研究结果揭示了遗传密码中的一个新‘代码’。我们认为这很重要，因为这一结果解开了影响所有生物学的一个重要调控过程。”刘毅博士1989年毕业于武汉大学，1995年研究生毕业于美国范德堡大学， UT西南医学中心生物医学研究Louise W. Kahn 奖学金获得者，主要研究方向为表观遗传学调控、生物钟机制、RNA干扰和基因沉默、小非编码RNA和长非编码RNA等，研究成果曾多次发表在Genes Dev、Nature、Mol Cell和Cell等知名期刊。

　　很早我们就知道，几乎每一个氨基酸都可以由多个同义密码子编码，每个生物——从人类到真菌，都有一定的密码子偏好性。研究人员发现，更经常使用的密码子——“偏爱的密码子”，可加快生产氨基酸链的过程，而较少产生的密码子可减缓这一进程。优先或非优先密码子的使用，就像是蛋白质生产高速公路上的速度标志：有些部分需要被制造的更快，而其他一些则较慢。

　　刘博士说：“核酸的遗传密码对于生命是极为重要的，因为它指定了蛋白质的氨基酸序列。通过影响氨基酸构建模块组装蛋白质的速度，“快”和“慢”密码子的使用，可以影响蛋白质的折叠，这个过程可使蛋白质形成合适的形状，以完成特定的功能。这种速度控制机制，可确保蛋白质在不同的细胞中被正确地组装和折叠。因此，遗传密码不仅指定氨基酸序列，而且也指定蛋白质的形状。”

　　研究人员发现，具有相同氨基酸序列的蛋白质，如果在不同的速度下组装，可以有不同的功能。这对于识别人类的致病突变，可能有重要的意义，因为这项研究表明，一个突变不需要改变氨基酸的同一性，就会导致一种疾病。事实上，人类DNA中的大多数突变不会导致氨基酸的改变。

　　刘博士解释说：“因此，我们的研究表明，遗传密码中的新‘代码’——组装的速度限制，可以决定一个给定蛋白质的最终功能。”

　　这些研究结果，以封面故事的形式，发表在最近的Cell子刊《Molecular Cell》。

　　这些最新的研究结果，是刘博士及其同事2013年在《Nature》发表的一项研究的延伸成果，那项突破性研究表明，一个生物钟蛋白的同义密码子，尽管编码相同的氨基酸，但并不是一样也制造功能性蛋白。基因可以通过选择最优密码子，来适应不同的环境变化，这似乎有悖自然选择的常理。

　　刘博士和他的团队，使用一种面包霉菌（称为粗糙脉孢菌Neurospora crassa）研究这些系统。霉菌的使用，使研究人员很容易在实验室操纵在动物中很难操纵的基因和密码子。刘博士的实验室也正在试图揭开生物钟的秘密，以及生物体日常生物钟（称为昼夜节律钟）的分子机制。生物钟在几乎所有的生物体中都有描述，从单细胞生物到哺乳动物，控制日常生活节奏，如睡眠觉醒和活动周期、体温周期、内分泌功能和基因表达。