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全面解析细胞周期蛋白翻译过程

来源:51atgc / 作者:koo / 2013-10-14

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Cell子刊:全面解析细胞周期蛋白翻译过程

细胞分裂形成新细胞的方式支撑着生长、受损组织修复或维持着健康成人的功能。现在加州大学旧金山分校(UCSF)的研究人员发现了之前未知的、控制细胞生长的方式。这些发现可能会指导癌症治疗。

一个细胞制造和分配新部件形成子细胞的主要过程需要依靠一些复杂的分子机器,不同的机器在细胞循环的不同阶段发挥着各自的关键功能。每一个机器都由许多蛋白质组成,以维持其完整功能。它们执行着诸如新复制染色体DNA的修复或帮助分离染色体使之分配到子细胞中。

在发表于近期出版的《分子细胞》(Molecular Cell)杂志的一篇文章中,由 UCSF 的分子生物学家 Davide Ruggero 领导的研究小组发现,联合起来执行关键功能的一组蛋白质的生产是同时加强的,而不是依赖于基因的转录。这是科学家们经常为解决细胞控制问题而研究的想象,但是它发生在基因表达的后期,发生于蛋白质的制造工厂“核糖体”内。在核糖体内,细胞机器作用于mRNA并生产氨基酸链,最终氨基酸链折叠成有功能的蛋白质。

Ruggero 说:“我们发现,在细胞周期中,这些蛋白质被特异和精确的调控着。”当这一调控不正常时,就会损害细胞。“在人类的各种疾病中,细胞周期控制是一个最容易出错的过程。”

更特殊的是,研究人员发现,细胞周期过程中蛋白质生产的这种时间上的协同很大程度是在基因表达后期受到控制的,并且该过程发生在核糖体内。

在 2010 年, Ruggero 找到了关键证据指出,在许多肿瘤(例如淋巴瘤、多发性骨髓瘤和前列腺癌)中,蛋白生产的这一阶段,即蛋白质的翻译过程,可能常常被忽略。

在这项新研究中,研究人员检测了细胞分裂前细胞周期的经典阶段中mRNA到蛋白质的翻译过程。这些阶段包括G1区(细胞生长并在复制DNA前制造大量的蛋白质)、S区(细胞复制DNA)和G2区(细胞制造细胞器)。

科学家们利用一种被称为核糖体图谱的技术来找到了人类细胞分裂的过程中,哪一条mRNA被核糖体翻译成了蛋白质。他们之后利用计算机技术更好的确定了被翻译成蛋白质的基因。

通过在全基因组范围内调查蛋白质的翻译过程,以及利用复杂的计算机算法对数据进行处理,研究人员发现,在特定的阶段,不同组合的蛋白质被大量的生产,而在另一个细胞周期阶段被平息下来。然而,之前关于翻译过程的研究大部分只在同一时间调查了一个或一些基因。Taylor说:“我们希望这些方法能够帮助科学家们研究疾病过程中蛋白质翻译阶段的基因调控,以便于找到新药物的特殊靶标。”

Ruggero 已率先在探查为何肿瘤细胞能够制造巨大数量的蛋白质以维持它们的快速增长和不朽。他还正在探索如何特异性的靶向癌症中这种过量的蛋白质生产。

这项新研究的惊人发现之一是,由于细胞周期S期中翻译水平的升高, RICTOR 蛋白的生产大量增加了。 RICTOR 是一个信号蛋白,能帮助细胞周期更协调的运转,但是一些研究暗示, RICTOR 还常常在癌症中组成型表达。

在实验癌症疗法的研究中,细胞内 RICTOR 的生化信号级联反应受到了广泛的关注。这些新发现可能指导药物开发新策略的发展。 Ruggero 等人还正在研究协调其他组合的蛋白质同时生产的上游触发因子。

原文检索:

Craig R. Stumpf, Melissa V. Moreno, Adam B. Olshen, Barry S. Taylor, Davide Ruggero. The Translational Landscape of the Mammalian Cell Cycle. Molecular Cell, 10 October 2013; DOI:10.1016/j.molcel.2013.09.018

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