《Cell》發(fā)表創(chuàng)新性蛋白質(zhì)研究技術(shù)

就像一臺(tái)小型的、運(yùn)轉(zhuǎn)良好的機(jī)器，酶是由多個(gè)相互連鎖的分子元件構(gòu)成的一類蛋白質(zhì)，在每個(gè)細(xì)胞中執(zhí)行著各種各樣的任務(wù)。然而，這些元件是如何協(xié)同作用來(lái)完成任務(wù)的?這一問(wèn)題困擾著科學(xué)家們?，F(xiàn)在，一個(gè)研究人員小組發(fā)現(xiàn)了一種繪制酶潛在分子機(jī)器圖譜的新方法，根據(jù)它揭示的模式，研究人員能夠預(yù)測(cè)一種酶的行為方式，以及當(dāng)這一過(guò)程遭受破壞時(shí)會(huì)發(fā)生的事件。

在8月8日的《細(xì)胞》(Cell)雜志上，由Gladstone研究所和加州大學(xué)舊金山分校研究員Nevan Krogan博士，德州A&M大學(xué)的Craig Kaplan博士和加州大學(xué)舊金山分校教授Christine Guthrie領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)科學(xué)家小組，描述了一種稱作為pE-MAP(point mutant E-MAP)的新技術(shù)，借助于它研究人員能夠找到并繪制出一種酶內(nèi)許多移動(dòng)部件彼此之間成千上萬(wàn)的相互作用。

研究人員將焦點(diǎn)放在了*的RNA聚合酶II (RNAPII)上，并利用了單細(xì)胞釀酒酵母(S. cerevisiae)作為模型。研究人員以往曾繪制出RNAPII的物理結(jié)構(gòu)，然而卻不清楚酶內(nèi)的各部分是如何與細(xì)胞內(nèi)其他蛋白質(zhì)一同發(fā)揮作用，完成重要功能的。

Kaplan博士說(shuō)：“科學(xué)家們知道RNAPII的物理結(jié)構(gòu)，但這一大型酶具有許多不同的區(qū)域，每個(gè)區(qū)域執(zhí)行著不同的功能。我們想將這些區(qū)域和功能之間的點(diǎn)連接起來(lái)。”

研究小組采用了一種遺傳學(xué)方法，生成了53個(gè)RNAPII“突變體”，每個(gè)都改變了RNAPII的一個(gè)特定元件。他們想測(cè)試出每個(gè)突變對(duì)應(yīng)的特定功能。通過(guò)這種方式，他們就能夠?qū)⒚傅奶囟▍^(qū)域與一種特異功能起來(lái)。

但是這樣做，他們不得不將每個(gè)突變體與細(xì)胞內(nèi)RNAPII相關(guān)的數(shù)千功能進(jìn)行比較，這是采用傳統(tǒng)方法無(wú)法完成的一個(gè)巨大的任務(wù)。因此，研究小組開發(fā)了這種pE-MAP方法。

Krogan 博士說(shuō)：“并非是將單個(gè)點(diǎn)突變與一個(gè)或兩個(gè)不同的突變體進(jìn)行交叉比較，pE-MAP使得我們能夠交叉比較單個(gè)點(diǎn)突變與超過(guò)000個(gè)突變體。這為我們提供了每個(gè)突變體000個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，隨后我們利用這些數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)建出了高分辨率的圖譜。”

論文的主要作者、Krogan 實(shí)驗(yàn)室研究生Hannes Braberg 說(shuō)：“直到現(xiàn)在，要獲得類似的信息*的方法就是，滅活或‘敲除’酶內(nèi)的特定基因，觀察其影響。而RNAPII是如此的至關(guān)重要，哪怕滅活一個(gè)基因往往也會(huì)殺死細(xì)胞。因此沒(méi)有敲除這些基因，我們轉(zhuǎn)而讓它們發(fā)生了突變。”

研究人員隨后將新生成的圖譜，與每個(gè)RNAPII突變體如何能夠?qū)NA轉(zhuǎn)錄為RNA這一RNAPIIzui重要的功能關(guān)聯(lián)起來(lái)。研究小組發(fā)現(xiàn)，一些 RNAPII突變體的轉(zhuǎn)錄速度慢于其他的突變體，而另一些則更快。進(jìn)一步的分析揭示，慢轉(zhuǎn)錄者彼此之間有一些重要的相似之處，快轉(zhuǎn)錄者也是如此。這種模式使得研究人員能夠預(yù)測(cè)每個(gè)突變體的轉(zhuǎn)錄速度。

隨后，研究小組還發(fā)現(xiàn)了與轉(zhuǎn)錄相關(guān)另一種現(xiàn)象，其涉及到剪接過(guò)程。將剩余的片段連接在一起的過(guò)程。從前，科學(xué)家們推測(cè)，轉(zhuǎn)錄速度與剪接相關(guān)——快轉(zhuǎn)錄者是不太的剪接者，反之亦然。但是沒(méi)人能夠看到它的行為。因此Guthrie博士利用pE-MAP方法生成的圖譜，實(shí)時(shí)觀察了轉(zhuǎn)錄速度對(duì)于剪接度的不同影響。

Guthrie 說(shuō)：“當(dāng)轉(zhuǎn)錄速度減慢之時(shí)，剪接更有效率。我們看到了快轉(zhuǎn)錄者的反向效應(yīng)——這一以來(lái)預(yù)測(cè)存在，卻從未觀察到得到現(xiàn)象。這再度證明了pE-MAP方法的效力。”

研究人員稱，這種方法還可以用于研究其他的酶。并且研究人員還可以將了解到的知識(shí)應(yīng)用于了解像RNAPII這樣的蛋白質(zhì)發(fā)生突變導(dǎo)致特定的疾病狀態(tài)的機(jī)制，并zui終可能賦予我們糾正這些疾病的能力。