研究人員發(fā)現(xiàn)核糖體如何調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)生產(chǎn)

人體由數(shù)萬億個(gè)細(xì)胞組成，細(xì)胞內(nèi)60%的能量專用于特定的分子機(jī)器。該機(jī)器負(fù)責(zé)生產(chǎn)蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)是身體的基本組成部分。

分子機(jī)器稱為核糖體。核糖體的任務(wù)是根據(jù)基因組中發(fā)現(xiàn)的遺傳密碼(稱為mRNA)的副本創(chuàng)建蛋白質(zhì)。到目前為止，科學(xué)家們認(rèn)為核糖體對所有mRNA執(zhí)行相同類型的工作，就像一條標(biāo)準(zhǔn)化的裝配線，它本身無法調(diào)節(jié)。

然而，哥本哈根大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)事實(shí)并非如此。

人們很早就知道核糖體有不同類型。但人們普遍認(rèn)為，無論你給核糖體提供什么mRNA，它都會產(chǎn)生蛋白質(zhì)。但我們的結(jié)果表明，不同類型的核糖體產(chǎn)生特定的蛋白質(zhì)。”

AndersH.Lund，哥本哈根大學(xué)生物技術(shù)研究與創(chuàng)新中心教授

AndersH.Lund和他的同事發(fā)現(xiàn)，與其他細(xì)胞相比，癌細(xì)胞具有不同的核糖體，這是新發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)。

“這讓我們推測為什么會出現(xiàn)這種情況。也許癌細(xì)胞需要特定的蛋白質(zhì)來生長、形成轉(zhuǎn)移或經(jīng)歷其他類型的發(fā)育?這讓我們思考為什么存在各種類型的核糖體以及它們對身體的發(fā)育如何至關(guān)重要，”AndersH.Lund說。

該研究是與第一作者兼助理索菲亞·哈夫納(SophiaHäfner)合作進(jìn)行的，在小鼠大腦和人類干細(xì)胞中進(jìn)行。安德斯·H·隆德(AndersH.Lund)表示，這有力地表明這些結(jié)果適用于多種生命形式。

一個(gè)微小的變化卻具有重大意義

研究人員首先檢查了胎兒期及以后小鼠的大腦。他們發(fā)現(xiàn)大腦的核糖體在整個(gè)發(fā)育過程中發(fā)生變化，這表明核糖體變化對于正常發(fā)育是必要的。

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為了研究同樣的情況是否適用于人類，研究人員使用了人類干細(xì)胞，它可以分化成人體中發(fā)現(xiàn)的許多不同的細(xì)胞類型。

“我們誘導(dǎo)細(xì)胞分化成各種細(xì)胞類型，并在發(fā)育過程中追蹤它們。然后我們檢查核糖體是否發(fā)生了變化，事實(shí)上，我們觀察到它們確實(shí)發(fā)生了變化，”AndersH.Lund說。

核糖體具有包含114個(gè)小化學(xué)修飾的特定模式。研究人員表示，這些修飾在細(xì)胞分化過程中發(fā)生變化，可能形成決定核糖體產(chǎn)生哪些蛋白質(zhì)的代碼。

AndersH.Lund說：“如果我們?nèi)コ龁蝹€(gè)修飾并將干細(xì)胞分化為神經(jīng)細(xì)胞，核糖體將產(chǎn)生與平常不同類型的神經(jīng)細(xì)胞。因此，核糖體的外觀對于細(xì)胞隨著時(shí)間的推移會變成什么樣子至關(guān)重要。”并補(bǔ)充道：

“通過這種方式，我們證明核糖體不僅僅是mRNA到蛋白質(zhì)的被動“翻譯者”，而且具有主動的調(diào)節(jié)功能。”

未來改進(jìn)的治療方法

目前，干細(xì)胞方面已經(jīng)有了相當(dāng)多的研究，重點(diǎn)是如何創(chuàng)建特定類型的細(xì)胞，例如神經(jīng)細(xì)胞。因此，這一新知識對于理解人體細(xì)胞如何發(fā)育至關(guān)重要。此外，它可能使我們能夠在未來開發(fā)出改進(jìn)的治療方法。

“我們的研究結(jié)果表明，我們或許能夠更好地控制這一過程，因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在更多地了解是什么調(diào)節(jié)了特定蛋白質(zhì)的產(chǎn)生。它還可能揭示對特定細(xì)胞類型的發(fā)育至關(guān)重要的生物過程。這些知識可能會用于再生醫(yī)學(xué)，”AndersH.Lund說。

再生醫(yī)學(xué)涉及將健康細(xì)胞移植到患者體內(nèi)以幫助恢復(fù)正常身體功能的治療。它可用于治療糖尿病或帕金森病等疾病。

未來，這些發(fā)現(xiàn)也可能帶來更好的癌癥治療方法。

“這一切都始于我們觀察到癌細(xì)胞中的核糖體與健康細(xì)胞相比有所不同。當(dāng)核糖體不同時(shí)，我們也許能夠開發(fā)出一種物質(zhì)，可以結(jié)合并可能抑制或麻痹癌細(xì)胞中豐富的一些核糖體。這可能提供新的治療可能性，”AndersH.Lund說。

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