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反思细胞如何应对压力

导读就像人一样,细胞也能感受到压力。氧气突然下降、过热或毒素会引发一系列分子变化,导致细胞停止生长,产生应激保护因子,形成应激颗粒,蛋

就像人一样,细胞也能感受到压力。氧气突然下降、过热或毒素会引发一系列分子变化,导致细胞停止生长,产生应激保护因子,形成应激颗粒,蛋白质和RNA分子被挤压在一起形成无膜细胞器。虽然应激颗粒的功能仍然未知,但可以假设它们只含有尚未翻译成蛋白质的RNA。现在,一项研究推翻了这个由来已久的观点,表明应激颗粒中的信使核糖核酸确实可以制造蛋白质。

MRNA是RNA的单链分子,在细胞核(对于真核生物)中从DNA转录,然后运输到细胞质,再翻译成蛋白质。在细胞应激反应期间,许多mRNA聚集在应激颗粒中——这一观察促使科学家认为,当细胞受到威胁时,这些mRNA停止翻译。

为了弄清楚这些应激诱导的细胞器中的mRNA发生了什么变化,Jeffrey Chao的研究团队在博士后Daniel Mateju的带领下,着手观察压力下活细胞中单个RNA分子和压力粒子之间的相互作用。为此,他们用荧光标签标记了应力粒子和单个mRNA分子。得益于一种名为SunTag的创新抗体标记工具,研究人员还可以以单分子精度可视化产生的蛋白质。

Mateju和他的同事发现,即使mRNA稳定地位于应激粒子中,它仍然可以被翻译成蛋白质。虽然大多数mRNA的翻译在应激过程中受到抑制,但在这些条件下,应激反应所必需的特定基因(如ATF4)会增加其翻译。他们用ATF4-SunTag作为模型转录本,发现其在应力粒子中的翻译并不少见,整个翻译周期(起始、延伸和终止)都可以发生在应力粒子中。此外,他们发现证据表明,在压力期间翻译被抑制的mRNA也可能在压力颗粒中翻译。

“我们的结果表明,mRNA在应激颗粒中的定位与翻译是相容的,它反对应激颗粒在抑制蛋白质合成中的直接作用。”这项研究的第一作者Mateju说。

这些发现揭示了细胞应激反应的前所未有的细节。在单个分子水平上成像这些过程的能力可以进一步帮助更好地理解无膜细胞器和其他被称为生物分子凝聚体的分子簇的功能,这些分子簇被认为调节广泛的生物过程。

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