著名学者庄小威Cell发布重大突破_医疗健康

2016

05/10

09:08

生物通

作者：何嫱

医疗健康

来自哈佛大学的研究人员报告称，她们在活细胞中实时成像了单个mRNA分子翻译。这一重大的突破性成果发布在5月5日的《细胞》（Cell）杂志上。

论文的通讯作者是着名的华人女科学家庄小威（Xiaowei Zhuang）。庄小威早年毕业于中国科技大学少年班，34岁时成为了哈佛大学的化学和物理双学科正教授，是哈佛物理系和化学系少有的双科教授。2012年庄教授当选为美国国家科学院院士，刷新了美国科学院最年轻华人院士的纪录。她所研发的超高分辨率技术STORM与诺奖得主Eric Betzig的成果不相伯仲，却和2014年的诺贝尔化学擦肩而过。

每年，庄小威都会领导课题组在Science、Nature、Cell三大期刊上发布一些她们取得的重大科研突破。2016年开年，庄小威的研究小组采用超分辨率成像揭示出了不同表观遗传状态的独特染色质折叠。这一重要的成果发布在1月13日的Nature杂志上。2月，庄小威教授与美国石溪大学助理教授Jarrod B. French，康宁公司的Ye Fang，以及宾夕法尼亚州立大学的Stephen J. Benkovic教授合作，揭示出了嘌呤体（Purinosome）与线粒体之间的空间共定位及功能上的关联。这一重要的研究发现发布在Science杂志上。

在这篇新Cell文章中庄小威和合着作者指出，翻译使得mRNAs携带的遗传信息能够流入到功能性的蛋白质中。翻译调控是基因表达调控程序一个基本的组成部分，翻译错误调控与自闭症、神经变性和癌症等一些人类疾病密切相关。因此，了解翻译的时空调控对于认识基本的细胞行为及疾病至关重要。

科学家们已采用了各种各样的方法来研究翻译调控。例如用放射性或荧光探针代谢标记所有新合成的多肽，或是通过目的转录物中的编码荧光蛋白来检测翻译活性。为了在全基因组范围内检测基因特异性的翻译活性，还开发出了多核糖体分析和核糖体分析方法。尽管这些方法取得了一些成功，为了更好地理解翻译的时空调控，仍然需要一种新的方法允许在活细胞中实时追踪单个mRNA分子翻译活性的瞬间动态，及保存翻译位点的精确空间信息。

在这项Cell新研究工作中，庄小威及同事们开发出了一种成像技术可在活细胞中实时直接监测单个mRNA分子的翻译活性。这一方法是基于近期加州大学Ronald Vale实验室的博士后Marvin Tanenbaum开发的SunTag 系统，通过让荧光单链可变区片段（scFv）抗体结合串联排列的同源肽段来检测新生多肽。通过利用预制荧光团（fluorophore），避免了滞后读取荧光蛋白成熟引起的翻译活性，这一方法允许在翻译位点直接显像翻译事件。

研究人员将这一方法应用于不同的系统证实了它各个方面的能力。首先，为了测试新方法实时捕获翻译调控动态的能力，她们研究了对环境压力的翻译反应，捕捉到包含ATF4上游开放阅读框（uORFs）的转录物一种有趣的脉冲状的翻译上调。接下来，她们通过研究不同亚细胞区室中多核糖体的移动性解析了单个多核糖体的空间动态。最后，研究人员利用原代神经元检测了这一系统是否能够适用于在复杂的极化细胞中研究局部翻译，并直接捕获了树突中3′ UTR依赖性的局部翻译，观察到了启动翻译及进入多核糖体翻译状态后 mRNA分子的主动转运。

庄小威开发的这种新方法是通过预制的遗传编码荧光团多价荧光扩增新生肽信号来实时、原位检测单个 mRNA转录物的翻译活性。这种方法具有的解析单个mRNA分子翻译时空信息的能力，有望为研究活细胞中翻译调控的动态和机制开辟新机会。

来源：生物通作者：何嫱

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