Cell子刊揭示mRNA惊人表达模式

　　长期以来被视作是DNA与蛋白质之间的一个简单链接，信使RNA从未提供过太多复杂的情节。然而，现在来自洛克菲勒大学的一项新研究表明，这一分子做了意想不到的事情。

　　通过揭示RNA分子组成元件的表达差异（人们认为不会发生的事情），科学家们说他们发现了一些有趣的表达模式，表明了mRNA分子某些区域发挥了意料之外的功能。

　　论文的资深作者、副教授Mary Hynes说：“我们发现mRNA的两个组成部分按不平衡的比例表达，一个部分携带了编写蛋白质的遗传密码，另一部分则没有，这似乎并非是偶然发生的。我 们怀疑一部分不平衡的比例充当了调控蛋白质生成的一种机制，尤其是在胚胎发育过程中，并且也存在于成人体内。”

　　发布在12月16日的《神经元》（Neuron）杂志上的研究结果，将焦点放在了信使RNA的某些区域。在转录后，每个mRNA分子都具有它核心的一段编码序列，将根据这一指令来生成蛋白质。编码序列两侧的两个部分：3'非翻译区（UTR）和5' UTR不会生成蛋白质。长期以来，人们都认为在一个mRNA分子内三个部分绑定在一起。

　　利用洛克菲勒大学开发的一项叫做翻译核糖体亲和纯化（TRAP）的技术，Hynes研究小组从胚胎小鼠多巴胺神经元中分离出了纯化的mRNA。利用 一种浏览器显示出表达的mRNA区域，他们惊讶地发现多巴胺神经元中大量的基因丰富地表达3'UTR mRNA序列，很少或几乎没有表达这些mRNAs的编码区域。这种情况是真实的，例如Sox家族中的两个基因Sox11和Sox12，众所周知它们在发育 过程中帮助决定了细胞命运。

　　这与普遍的观点：一旦基因转录为mRNA，5' UTR、3' UTRs和编码区域作为一个单位来发挥作用，直至蛋白质生成，mRNA降解相矛盾。

　　早先的一项研究指出了相似的差异性，但没有探究生物学意义，其数据也没有得到广泛的关注。Hynes和同事们着手完成了下一步的调查：因为没有编码序列就无法生成蛋白质，细胞生成大量3' UTR序列而没有任何编码序列的原因？

　　为了验证这些研究结果，及了解这是否限于多巴胺神经元、发育过程或神经系统，研究小组利用了一些绿色探针来标记胚胎和成人组织19个基因的编码序列，用红色探针标记它们的3' UTRs。

　　Hynes 说：“基于以往的认识，组织中的每个细胞预计应该显示黄色（两者均表达）或黑色（两者皆不表达）。然而让我们惊讶地是，当我们检测大脑中的Sox11 mRNA时，我们发现许多神经元是红色的，主要表达UTR，也有许多是绿色的，主要表达编码序列。”

　　他们进而证实，每个检测基因都是这种情况，在胚胎、成人体内及神经系统外部UTR和编码序列差异性表达。甚至一些广泛表达的基因例如β -actin——对细胞运动和结构至关重要的蛋白，也显示出UTR和编码序列表达差异。

　　当他们将蛋白质表达考虑进去时，发现3' UTR与编码序列表达比值越高，蛋白质水平越低——表明高水平的3' UTR有可能以某种方式参与下调了蛋白质生成。但Hynes说，目前还不清楚这是如何发生的。

　　接下来，他们将注意力再度放到发育多巴胺神经元上，他们发现有9000个基因在多巴胺神经元中活化。在纽约基因组中心的帮助下，他们比较了有着高 UTR/编码序列比值的基因与显示对比比值基因的生物功能。结果显示，许多高UTR基因尤其在发育过程中发挥作用，而对比比值基因常常与一些普通的细胞过 程有关。

　　“在发育过程中神经元或许需要表达某个基因，但只表达特定的数量。太多或太少都有可能是有害的，会导致不可逆转的命运改变。因此，我们认为这有可能是一种精细滴定一种活化基因蛋白质水平的机制，”Hynes说。

　　由于一些RNA表达研究可以依靠UTRs、编码区或两者内的序列，它们或许会丢失重要的信息。“进一步，我认为当一项RNA测序实验表明一个基因高水平表达时，研究人员将要仔细看看这两个组成部分的相对水平，以获得谁正在表达的更准确的图像，”Hynes说。