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

就像一臺小型的、運轉(zhuǎn)良好的機器，酶是由多個相互連鎖的分子元件構(gòu)成的一類蛋白質(zhì)，在每個細胞中執(zhí)行著各種各樣的任務(wù)。然而，這些元件是如何協(xié)同作用來完成任務(wù)的?這一問題困擾著科學(xué)家們?，F(xiàn)在，一個研究人員小組發(fā)現(xiàn)了一種繪制酶潛在分子機器圖譜的新方法，根據(jù)它揭示的模式，研究人員能夠預(yù)測一種酶的行為方式，以及當(dāng)這一過程遭受破壞時會發(fā)生的事件。

在8月8日的《細胞》(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)許多移動部件彼此之間成千上萬的相互作用。

研究人員將焦點放在了*的RNA聚合酶II (RNAPII)上，并利用了單細胞釀酒酵母(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：“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)域和功能之間的點連接起來。”

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

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

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

論文的主要作者、Krogan 實驗室研究生Hannes Braberg 說：“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，哪怕滅活一個基因往往也會殺死細胞。因此沒有敲除這些基因，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。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)測每個突變體的轉(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，其涉及到剪接過程。將剩余的片段連接在一起的過程。從前，科學(xué)家們推測，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，實時觀察了轉(zhuǎn)錄速度對于剪接度的不同影響。

Guthrie 說：“當(dāng)轉(zhuǎn)錄速度減慢之時，剪接更有效率。我們看到了快轉(zhuǎn)錄者的反向效應(yīng)——這一以來預(yù)測存在，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)的機制，并zui終可能賦予我們糾正這些疾病的能力。