凱斯西儲大學(xué)的科學(xué)家們發(fā)現，在談及信使RNA(mRNA)如何解譯遺傳密碼中的關(guān)鍵信息時(shí)速度很重要。遺傳密碼是對維持生命至關(guān)重要的一連串復雜的指令。發(fā)表在3月12日《細胞》（Cell）雜志上的研究結果為科學(xué)家們確定如何更好地操控細胞來(lái)治療疾病，并最終阻止疾病形成提供了重要的新信息。

     凱斯西儲大學(xué)醫學(xué)院RNA分子生物學(xué)中心副主任、綜合醫學(xué)科學(xué)部副教授Jeff Coller博士說(shuō)：“我們發(fā)現遺傳密碼比我們知道的要復雜的多。有了這一信息，研究人員能夠以一種精細的方式操縱遺傳密碼獲得更加可預測的結果?！?/span>

     遺傳密碼是嵌入在DNA中的一個(gè)指令系統。這一密碼告訴了細胞如何生成蛋白質(zhì)來(lái)控制細胞功能。mRNA將來(lái)自DNA的指令傳送到核糖體。核糖體翻譯包含在mRNA中的信息，生成指示蛋白。遺傳密碼包含有61個(gè)“密碼子”，每個(gè)密碼子都由三個(gè)核苷酸構成，其指示了核糖體如何構建蛋白質(zhì)。

     這一密碼不僅決定了哪些氨基酸被摻入到蛋白質(zhì)中，它還告訴了細胞應該摻入的速度。有了這一信息，研究人員可以操控遺傳密碼以一種精細的方式來(lái)達到可預測的蛋白質(zhì)水平。

     這項研究工作最重大的突破在于，發(fā)現了遺傳密碼中的所有密碼子以不同的速度被解碼；一些被快速解譯而另一些則被緩慢解碼。mRNA包含的所有密碼子總和決定了其解譯信息的速度。這種強加的限速最終影響了生成蛋白質(zhì)的量。有時(shí)候速度越快越好，是為了表達高水平的蛋白質(zhì)。有時(shí)候速度越慢越好是為了限制蛋白質(zhì)的量。重要的是，一些密碼子是重復的——許多的密碼子都具有相同的含義。

     Coller和同事們發(fā)現，核糖體差異性地識別每個(gè)密碼子。一些密碼子識別的速度快過(guò)其他密碼，這些速度差異是微小的。但跨越整條mRNA,每一個(gè)微小的速度差異都是強有力的累加。
“許多密碼子的意思是相同的，但它們差異性的影響了解譯的速度。因此，我們可以改變mRNA而不改變蛋白質(zhì)序列，使得它高表達、低表達或是介于兩者之間。由于我們知道了這一信息，我們可以以任何我們愿意的方式精確地上調或下調蛋白質(zhì)的水平?！?/span>

     在研究過(guò)程中，研究人員檢測了細胞內每次轉錄mRNA的降解速度。他們尋找了不同的RNAs具有差異穩定性的答案。通過(guò)統計分析，研究人員對比了mRNAs的半衰期以及這些信息中使用的密碼子。發(fā)現密碼子特性與mRNA信息穩定性密切關(guān)聯(lián)。他們最終將這些觀(guān)察結果與mRNA翻譯過(guò)程聯(lián)系起來(lái)。

     Coller 說(shuō)：“mRNA翻譯和mRNA降解密切關(guān)聯(lián)。這可能對于科學(xué)家非常有幫助。如果你想一個(gè)基因很好地表達，你只需要借助所有最佳的密碼子來(lái)得到蛋白質(zhì)序列，這樣既穩定了mRNA，又可以使得它被更有效地翻譯。如果你需要讓mRNA以低水平表達，你可以將一些非最佳的密碼子填充其中。mRNA將無(wú)法得到很好的翻譯并且不穩定。進(jìn)化利用了密碼子優(yōu)化來(lái)塑造蛋白質(zhì)組的表達。具有相似功能的一些基因利用了相似的密碼子；因此，它們以相似的水平表達。

     他的研究發(fā)現具有各種醫學(xué)實(shí)踐意義。從生物工程學(xué)的角度看，可以應用一些分子生物學(xué)技術(shù)來(lái)操控基因包含理想的密碼子，獲得最有利于應用的基因表達模式。從人類(lèi)生理學(xué)的角度，有可能可以了解每一個(gè)mRNA的限速，并確定這些是否改變了諸如癌癥等一些特異的病變。當前，還不清楚在疾病狀態(tài)下密碼子是否傳達了不同的速度。未來(lái)的研究方向將會(huì )是將密碼子速度與特異疾病關(guān)聯(lián)到一起。其還有可能開(kāi)發(fā)出一些藥物通過(guò)改變解碼的速度來(lái)操控較高或較低的基因表達。

     密碼子的活性也提供了關(guān)于許多未與特定基因突變聯(lián)系起來(lái)的疾病其根源的重要線(xiàn)索。改變密碼子依賴(lài)的翻譯速度有潛力深遠地改變蛋白質(zhì)的功能，且不會(huì )檢測到任何的原發(fā)突變。問(wèn)題并不在基因本身，而是影響解碼速度的因子。密碼子依賴(lài)性的限速有可能是所有疾病狀態(tài)病因的根源。例如，近期的一項研究表明在450多個(gè)不同的癌癥樣本中，一些影響密碼子依賴(lài)性限速的因子有可能發(fā)生了改變。

     Coller說(shuō)：“一切皆有可能。由于這是一個(gè)新發(fā)現，我們還不知道其潛在意義是什么。下一步是確定解碼速度的改變是否是在人類(lèi)疾病中改變基因表達的潛在機制?！?/span>