谷(gu)研(yan)試(shi)劑-《Cell》發表(biao)創(chuang)新性(xing)蛋(dan)白質(zhi)研(yan)究(jiu)技術

《Cell》發表(biao)創(chuang)新性(xing)蛋(dan)白質(zhi)研(yan)究(jiu)技術

就像(xiang)壹(yi)臺小(xiao)型的(de)、運轉良好(hao)的(de)機器，酶是(shi)由(you)多(duo)個相互(hu)連鎖的分子元件(jian)構成的壹(yi)類(lei)蛋(dan)白質(zhi)，在(zai)每(mei)個細胞中(zhong)執(zhi)行著(zhe)各(ge)種(zhong)各(ge)樣(yang)的任務。然(ran)而(er)，這些(xie)元件(jian)是(shi)如何協同(tong)作用(yong)來(lai)完成(cheng)任務的(de)?這壹(yi)問題困(kun)擾(rao)著科學家們(men)。現(xian)在(zai)，壹(yi)個研(yan)究(jiu)人(ren)員小組發現(xian)了壹(yi)種(zhong)繪(hui)制酶潛在(zai)分子機器圖(tu)譜的新(xin)方(fang)法(fa)，根據(ju)它(ta)揭示的模式(shi)，研(yan)究(jiu)人(ren)員能(neng)夠預(yu)測(ce)壹(yi)種(zhong)酶的行為(wei)方(fang)式(shi)，以及當(dang)這壹(yi)過程(cheng)遭受(shou)破(po)壞(huai)時會發生的(de)事(shi)件(jian)。

在(zai)8月(yue)8日的《細胞》(Cell)雜(za)誌上(shang)，由(you)Gladstone研(yan)究(jiu)所(suo)和(he)加(jia)州(zhou)大(da)學舊(jiu)金(jin)山分校研(yan)究(jiu)員(yuan)Nevan Krogan博士，德(de)州(zhou)A&M大(da)學的(de)Craig Kaplan博士和(he)加(jia)州(zhou)大(da)學舊(jiu)金(jin)山分校教(jiao)授(shou)Christine Guthrie領導的(de)壹(yi)個科學家小(xiao)組，描(miao)述了(le)壹(yi)種(zhong)稱(cheng)作為(wei)pE-MAP(point mutant E-MAP)的(de)新技術，借(jie)助於(yu)它研(yan)究(jiu)人(ren)員能(neng)夠找(zhao)到(dao)並(bing)繪(hui)制出(chu)壹(yi)種(zhong)酶內許(xu)多(duo)移動(dong)部件(jian)彼(bi)此(ci)之(zhi)間(jian)成(cheng)千上(shang)萬(wan)的相(xiang)互(hu)作用(yong)。

研(yan)究(jiu)人(ren)員將焦(jiao)點放在(zai)了(le)*的(de)RNA聚合酶II (RNAPII)上(shang)，並(bing)利用(yong)了(le)單(dan)細胞釀酒(jiu)酵(jiao)母(S. cerevisiae)作為(wei)模(mo)型。研(yan)究(jiu)人(ren)員以往曾繪(hui)制出(chu)RNAPII的物理結(jie)構，然而(er)卻不清楚(chu)酶內的各(ge)部分是(shi)如何與(yu)細胞內其(qi)他蛋(dan)白質(zhi)壹(yi)同(tong)發揮作用(yong)，完成(cheng)重要(yao)功能(neng)的。

Kaplan博士說：“科學家們(men)知道(dao)RNAPII的(de)物理結(jie)構，但這壹(yi)大(da)型酶具(ju)有許(xu)多(duo)不同(tong)的(de)區域，每(mei)個區域執(zhi)行著(zhe)不(bu)同(tong)的(de)功(gong)能(neng)。我(wo)們(men)想將這些(xie)區域和(he)功能(neng)之(zhi)間(jian)的(de)點連接(jie)起(qi)來(lai)。”

研(yan)究(jiu)小(xiao)組采用(yong)了(le)壹(yi)種(zhong)遺(yi)傳(chuan)學方法(fa)，生(sheng)成(cheng)了53個RNAPII“突變體”，每(mei)個都改變了(le)RNAPII的(de)壹(yi)個特定元件(jian)。他們(men)想測(ce)試(shi)出(chu)每個突變對(dui)應(ying)的(de)特定功能(neng)。通(tong)過這種方(fang)式(shi)，他們(men)就能(neng)夠將酶的特定區域與(yu)壹(yi)種(zhong)特(te)異(yi)功能(neng)起來(lai)。

但(dan)是(shi)這樣做(zuo)，他們(men)不得(de)不(bu)將每(mei)個突變體與(yu)細胞內RNAPII相(xiang)關的(de)數(shu)千功(gong)能(neng)進(jin)行比(bi)較，這是(shi)采用(yong)傳(chuan)統(tong)方(fang)法(fa)無(wu)法(fa)完成(cheng)的壹(yi)個巨(ju)大(da)的任(ren)務。因(yin)此(ci)，研(yan)究(jiu)小(xiao)組開發了這種pE-MAP方(fang)法(fa)。

Krogan 博士說：“並(bing)非(fei)是(shi)將單(dan)個點突變與(yu)壹(yi)個或兩個不同(tong)的(de)突變體進(jin)行交(jiao)叉比(bi)較，pE-MAP使(shi)得(de)我(wo)們(men)能(neng)夠交(jiao)叉比(bi)較單(dan)個點突變與(yu)超(chao)過000個突變體。這為我(wo)們(men)提供(gong)了每(mei)個突變體000個數據點，隨後我(wo)們(men)利用(yong)這些(xie)數據(ju)點構建出(chu)了高分辨率(lv)的圖(tu)譜。”

論文(wen)的主(zhu)要(yao)作者(zhe)、Krogan 實(shi)驗室研(yan)究(jiu)生(sheng)Hannes Braberg 說：“直到現(xian)在(zai)，要(yao)獲(huo)得(de)類(lei)似(si)的(de)信(xin)息(xi)*的方(fang)法(fa)就是(shi)，滅(mie)活或‘敲(qiao)除(chu)’酶內的特定基因(yin)，觀(guan)察(cha)其影響。而(er)RNAPII是(shi)如此(ci)的(de)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)，哪怕(pa)滅(mie)活壹(yi)個基因(yin)往往也(ye)會殺(sha)死細胞。因(yin)此(ci)沒(mei)有敲(qiao)除(chu)這些(xie)基因(yin)，我(wo)們(men)轉而(er)讓它(ta)們(men)發生了(le)突變。”

研(yan)究(jiu)人(ren)員隨後將新(xin)生(sheng)成的圖(tu)譜，與每(mei)個RNAPII突變體如(ru)何(he)能(neng)夠將DNA轉錄(lu)為RNA這壹(yi)RNAPIIzui重(zhong)要(yao)的功能(neng)關聯(lian)起(qi)來(lai)。研(yan)究(jiu)小(xiao)組發現(xian)，壹(yi)些(xie) RNAPII突變體的(de)轉錄(lu)速度慢(man)於(yu)其他的(de)突變體，而(er)另壹(yi)些(xie)則(ze)更快。進(jin)壹(yi)步的分析(xi)揭示，慢轉錄(lu)者(zhe)彼(bi)此(ci)之(zhi)間(jian)有壹(yi)些(xie)重要(yao)的相似(si)之(zhi)處，快轉錄(lu)者(zhe)也(ye)是(shi)如此(ci)。這種模(mo)式(shi)使(shi)得(de)研(yan)究(jiu)人(ren)員能(neng)夠預(yu)測(ce)每(mei)個突變體的(de)轉錄(lu)速度。

隨後，研(yan)究(jiu)小(xiao)組還發現(xian)了與轉錄(lu)相關(guan)另壹(yi)種(zhong)現(xian)象，其涉及到(dao)剪(jian)接(jie)過程(cheng)。將剩(sheng)余的(de)片(pian)段連接(jie)在(zai)壹(yi)起(qi)的(de)過程(cheng)。從(cong)前，科學家們(men)推(tui)測(ce)，轉錄(lu)速度與(yu)剪(jian)接(jie)相(xiang)關(guan)——快轉錄(lu)者(zhe)是(shi)不太(tai)的(de)剪(jian)接(jie)者(zhe)，反(fan)之(zhi)亦(yi)然。但(dan)是(shi)沒人(ren)能(neng)夠看到(dao)它(ta)的行為(wei)。因(yin)此(ci)Guthrie博士利用(yong)pE-MAP方(fang)法(fa)生(sheng)成(cheng)的圖(tu)譜，實時觀察(cha)了轉錄(lu)速度對(dui)於(yu)剪(jian)接(jie)度(du)的(de)不(bu)同(tong)影響。

Guthrie 說：“當(dang)轉錄(lu)速度減(jian)慢之(zhi)時，剪接(jie)更(geng)有效(xiao)率(lv)。我(wo)們(men)看到(dao)了(le)快轉錄(lu)者(zhe)的(de)反(fan)向(xiang)效(xiao)應(ying)——這壹(yi)以(yi)來(lai)預(yu)測(ce)存(cun)在(zai)，卻從(cong)未(wei)觀察(cha)到得(de)到(dao)現(xian)象。這再度(du)證明了(le)pE-MAP方(fang)法(fa)的(de)效(xiao)力(li)。”

研(yan)究(jiu)人(ren)員稱，這種方(fang)法(fa)還(hai)可(ke)以(yi)用(yong)於(yu)研(yan)究(jiu)其(qi)他的(de)酶。並(bing)且(qie)研(yan)究(jiu)人(ren)員還可(ke)以(yi)將了(le)解到的(de)知(zhi)識應用(yong)於(yu)了(le)解像RNAPII這樣的(de)蛋(dan)白質(zhi)發生突變導致特(te)定的疾病狀(zhuang)態的(de)機制(zhi)，並(bing)zui終(zhong)可(ke)能(neng)賦予(yu)我(wo)們(men)糾(jiu)正(zheng)這些(xie)疾病的(de)能(neng)力(li)。