細胞里的蛋白質工廠們可不是都一樣的
工廠都是有專業性的：建造你電腦的那些工廠並沒有生產汽車或玩具。但是很多研究者都認為，細胞中的蛋白質工廠——核糖體——是可互換的，每一個核糖體都可以製造身體所需要的任何一種蛋白質。現在，一項挑戰固有想法的研究表明，一些核糖體就如同現代的工廠一樣高度分化，僅負責某些特定的蛋白質產生。這種量身定製的核糖體可以為細胞提供一種控制蛋白生成的特殊途徑。它們還可以解釋一些疾病出現的令人費解的癥狀：這些癥狀可能在特定的核糖體有缺陷時出現。
一個核糖體正在將一條RNA序列（藍色所示）翻譯成為蛋白質（黑色所示）
圖片來源：V. ALTOUNIAN/SCIENCE
工廠都是有專業性的：建造你電腦的那些工廠並沒有生產汽車或玩具。但是很多研究者都認為，細胞中的蛋白質工廠——核糖體——是可互換的，每一個核糖體都可以製造身體所需要的任何一種蛋白質。現在，一項挑戰固有想法的研究表明，一些核糖體就如同現代的工廠一樣高度分化，僅負責某些特定的蛋白質產生。這種量身定製的核糖體可以為細胞提供一種控制蛋白生成的特殊途徑。它們還可以解釋一些疾病出現的令人費解的癥狀：這些癥狀可能在特定的核糖體有缺陷時出現。
長久以來，生物學家們都在爭論，核糖體是否存在特定類型，甚至對這一項新的研究還持懷疑態度。但不少研究人員對這一結果比較認同，因為這些研究發現都有賴於複雜的分析技術。「這確實是我們重新認識核糖體這一分子生物學重要角色的重要一步。」美國馬里蘭大學學院的分子生物學家Jonathan Dinman說。
一個哺乳動物的細胞可以容納多達1000萬個核糖體，這些核糖體由RNA和80中不同的蛋白組成，生產這些合同提將消耗細胞大約60%的能量。儘管核糖體如此「昂貴」，但它們將攜帶遺傳密碼的mRNA翻譯成為細胞需要的蛋白質，足見其對傳遞遺傳密碼非常關鍵。Dinman說，生命的進化就是圍繞核糖體展開的。
傳統看法認為，核糖體是沒有特異性的，或者說對mRNA的類型沒有選擇性，可以合成任何不同的蛋白質。但是最近幾十年來的研究都不支持這一觀點。例如，2011年斯坦福大學分子和發育生物學家Maria Barna及其小組就發現，小鼠有一種短尾核糖體蛋白，會出現解剖結構缺陷，而這種缺陷會影響胚胎髮育過程中發揮關鍵作用的蛋白質合成，這種缺陷模式的假說或許能證實某些核糖體是負責專門的蛋白質合成的。
但是要真正證實這一假說有著非常大的困難。加州大學伯克利分校結構生物學家Jamie Cate說，要想在這個領域取得進展是非常困難的，測量天然核糖體蛋白質水平太難了。
在最新發表在Molecular Cell的研究中，Barna等採用了一種主要利用質譜進行分析的選擇反應探測技術，確定了大量不同類型的核糖體蛋白。對小鼠胚胎幹細胞的15中核糖體蛋白進行分析發現，其中9個蛋白質在所有核糖體內都存在，但是在30-40%的核糖體內缺乏另外4種蛋白質，提示這些核糖體有不同功能。研究者們用另外一種質譜分析技術測定了76種核糖體蛋白質，發現其中7種蛋白質存在核糖體差異。Barna等隨後對這些核糖體的功能進行分析，採用核糖體剖析方法對這些核糖體的翻譯產物進行了分析。他們發現特定功能的核糖體往往集中在一起執行特定的任務。例如，一種核糖體負責製造控制細胞生長的蛋白質，也有的核糖體能製造利用維生素B12的所有蛋白質類型。每個核糖體能專門負責翻譯特定功能類型的蛋白質，這一發現讓他們大吃一驚。Barna說，他們所有人都沒有想到會有這樣的結果。
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