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本文中,小编整理了科学家们发表的多篇重要研究成果,共同解析核糖体对机体健康到底有多重要?分享给大家!

【1】Cell Stem Cell:新发现!核糖体装配对于造血干细胞的再生非常重要!

doi:10.1016/j.stem.2021.02.008

近日,一项刊登在国际杂志Cell Stem Cell上的研究报告中,来自费城儿童医院等机构的科学家们通过研究识别出了通过核糖体组装进行造血干细胞(HSC,hematopoietic stem cell)再生的关键基因,核糖体是细胞中的蛋白质制造工厂,其能将mRNA序列转化成为氨基酸序列;本文研究结果强调了合适的蛋白质装配对于干细胞再生的重要性,并识别出了潜在的靶点有望帮助开发治疗核糖体病变(ribosomopathies)及诱发骨髓衰竭的儿童障碍的新型疗法。

研究者Wei Tong表示,尽管此前研究结果表明,影响核糖体装配的突变与参与骨髓功能障碍的人类疾病的发生直接相关,但我们并不清楚造血干细胞中核糖体装配被调节的分子机制以及其是如何诱发疾病发生的。文章中,研究人员识别出了能阻止核糖体在哺乳动物细胞中进行合适装配进行诱发造血干细胞不足的分子机制,这或许有望未来开发新型的疾病干预策略。

【2】Nat Chem Biol:在核糖体中发现一个新的抗生素结合位点

doi:10.1038/s41589-020-0578-x

由斯科尔科沃科学技术研究院( Skolkovo Institute of Science and Technology)科学家Ilya Osterman、Petr Sergiev、Olga Dontsova和汉堡大学的Daniel Wilson领导的一组来自俄罗斯、德国和美国的科学家研究了tetracenomycin X阻断细菌中蛋白质合成的机制。他们发现它的作用不同于著名的四环素,这为克服细菌的抗生素耐药性提供了良好的前景。

细菌对抗生素的耐药性是现代医疗保健的主要问题之一。细菌和抗生素开发商之间的对抗就像一场军备竞赛,在这场竞赛中,人们几乎跟不上微小的寄生虫。许多传统的抗生素对新菌株已经不起作用,所以科学家们必须想出新的方法。抗生素的作用通常旨在阻止细菌最重要的活性过程:核酸、蛋白质和细胞壁的合成。新的抗生素通常与它们之前的产品相似,所以细菌迟早会找到对付它们的武器。

【3】Science论文解读!新研究揭示人类线粒体核糖体形成机制

doi:10.1126/science.abe0763

在一项新的研究中,来自瑞典斯德哥尔摩大学、卡罗琳斯卡研究所、美国国家糖尿病、消化及肾脏疾病研究所、迈阿密大学、芬兰赫尔辛基大学和英国纽卡斯尔大学的研究人员利用英国钻石光源(Diamond Light Source)电子生物成像中心(electron Bio-Imaging Centre)的低温电子显微镜(cryo-EM)首次揭示了人体中的能量制造者是如何形成的。相关研究结果发表在Science期刊上。

这篇论文报告了对人类线粒体中膜锚定蛋白(membrane-tethered protein)合成的分子机制的深入了解。这是对人类线粒体核糖体(mitoribosome )如何运作的一个基本的新认识,可以解释线粒体如何受到突变和功能失调的影响,从而导致耳聋等障碍和包括癌症在内的疾病。线粒体是细胞内的细胞器,在我们的身体中充当着微小但强大的能量工厂。它们利用我们吸入的氧气和我们吃的食物的衍生物来产生90%以上的能量,因此有效地支持我们的生命。线粒体对心脏、肝脏、肌肉和大脑等高能量需求的器官尤为重要。比如,每个心肌细胞近40%是由线粒体组成的。

【4】Science:癌细胞通过增加核糖体蛋白产生来促进乳腺癌转移

doi:10.1126/science.aay0939

激素受体阳性乳腺癌可通过血液中的循环肿瘤细胞(CTC)在全身扩散,最终到达身体远端部位并形成转移性肿瘤。在一项新的研究中,来自美国麻省总医院癌症中心和哈佛医学院的研究人员报道核糖体增加会提升CTC形成转移瘤的潜力。相关研究结果发表在Science期刊上。

核糖体是在每个活细胞中发现的蛋白制造工厂。他们的观察结果表明乳腺癌患者血液中富集的一个CTC亚群具有较高的核糖体蛋白(ribosomal protein)水平,而且它们的存在与增加的疾病侵袭性和较差的临床结果有关。重要的是,这一发现还表明,破坏核糖体功能并抑制癌细胞生长的靶向药物组合减慢了乳腺癌在小鼠模型中的扩散。

【5】Science:在神经元突起中,单核糖体偏好性地翻译突触mRNA

doi:10.1126/science.aay4991

RNA测序和原位杂交揭示了神经元树突和轴突中存在意想不到的大量RNA种类,而且许多研究已经记录了蛋白在这些区室中的局部翻译。在信使RNA(mRNA)的翻译过程中,多个核糖体可以同时占据单个mRNA(一种称为多核糖体的复合物),从而导致编码蛋白的多个拷贝产生。多核糖体通常在电子显微镜图片中被识别为由三个或三个以上的核糖体组成的核糖体簇。多核糖体已在神经元树突中检测到,但是令人吃惊的是,鉴于存在于树突和轴突中的mRNA多样性,多核糖体并不常见。在神经元突起(neuronal processes,分为树突和轴突)中,翻译的特征和机制尚未详细探讨,这部分上是因为树突和轴突相对难以接近。

在一项新的研究中,来自德国马克斯普朗克脑研究所的研究人员研究了一组多样化的神经元蛋白如何可能由在体积较小的突触中存在的有限数量的多核糖体合成。相关研究结果发表在Science期刊上。为了适应神经元的复杂形态,它们将mRNA和核糖体定位在突触附近,以便在局部产生蛋白。然而,在神经元突起的电子显微镜图片中检测到的多核糖体(蛋白翻译的活性位点)的相对稀缺表明局部蛋白合成的能力相当有限。为了可视化观察体内局部蛋白产生的能力,这些研究人员在啮齿动物海马体神经元突起中分析了积极翻译的mRNA。

【6】eLife:核糖体也能调控基因的表达?

doi:10.7554/eLife.45396

来自Stowers医学研究所的研究人员发现了人体细胞中核糖体的一种新功能,即存在破坏正常mRNA的功能。“很长一段时间以来,很多人都认为核糖体是细胞中生产蛋白质的分子机器,”Stowers助理研究员Ariel Bazzini博士说。“现在有越来越多的证据表明核糖体同时具有调节基因表达的能力。”最近在eLife杂志上发表的这些研究结果可以进一步了解mRNA的作用以及人类疾病中基因错误调节的原因。

越来越多的证据表明,核糖体也在影响正确加工的mRNA的稳定性(生命)中发挥作用,从而成为调节mRNA稳定性,mRNA水平和蛋白质产生的关键因素。这一现象此前已在酵母,大肠杆菌和斑马鱼等生物中得到了证实。在这项研究中,研究人员表明,核糖体也会影响人类细胞系中的mRNA稳定性。

【7】Nat Commun:抑制核糖体再生是治疗多阶段癌症的新方法

doi:10.1038/s41467-019-10100-8

近90%的癌症患者的死亡是由于转移。乌普萨拉大学(Uppsala University)的一项研究表明,新核糖体的合成有助于癌细胞转移。核糖体是产生蛋白质的细胞成分。该研究结果为晚期癌症的新治疗策略开辟了新的可能性,于近日发表在Nature Communications杂志上。当肿瘤进展到晚期时,它们会分化,变得更具侵略性,并失去原始组织的特征。它们还具有迁移能力,使肿瘤能够扩散或转移到身体的远处,最终导致患者死亡。

对于上皮肿瘤的转移,肿瘤细胞会经历一个称为上皮-间充质转化(EMT)的过程,这允许细胞发展迁移能力。在EMT过程中,细胞也失去了增殖能力,变得更像干细胞。这种显着的转变导致了侵袭性的增强和逃避包括激素治疗在内的多种癌症治疗的能力。在本研究中,研究人员发现合成新的核糖体可以辅助EMT,这些核糖体可以合成细胞功能所需的蛋白质。因此,他们的研究认为核糖体的生物发生可能不仅仅是一个促增殖的过程。

【8】Sci Rep:重大发现!核糖体或能够将体细胞转化为多能干细胞!

doi:10.1038/s41598-018-20057-1

2012年,日本科学家发现,当引入乳酸菌(嗜酸乳杆菌)时就能使得人类皮肤细胞获得多能性,如今来自熊本大学的同一个研究团队再次发现,细胞中合成蛋白质的细胞器—核糖体,能够将体细胞转化成为多能干细胞,相关研究刊登于国际杂志Scientific Reports上。

长期以来,科学家们一直认为,脊椎动物的皮肤细胞和神经细胞经历着不同的分化过程,且这些细胞无法转分化为其它类型的细胞,然而当研究人员Sir John Gurdon成功开发出核移植实验及Shinya Yamanaka发现iPS细胞后,就意味着已经达到分化终点的细胞还能够被操控得以再分化,能被强行分化成为新型细胞的成熟细胞往往被认为是重编程细胞,在成熟细胞中表达四种次级因子,就能驱动iPS细胞重编程,这些ips能够被人工制造,而且自然状态下并不会在机体中存在。

【9】Leukemia:核糖体缺失或会诱发恶性白血病发生

doi:10.1038/leu.2016.370

20%至40%的多发性骨髓瘤患者都会存在核糖体的缺失,而且相比核糖体完好无损的患者而言,这些缺失核糖体的患者往往预后较差,但同时其对当前存在的治疗性药物反应较好,来自鲁汶大学的研究人员在国际杂志Leukemia上发表了这项最新的研究结果。

多发性骨髓瘤也被称之为卡勒氏病,其是一种血液癌症,即骨髓中的浆细胞开始发生恶性增殖,目前该病没有有效的治疗手段,而且在老年人群中经常发生,目前多种疗法仅能暂时抑制患者的病情,但研究者最大的挑战就是确定患者对哪种疗法反应最好。文章中研究人员发现在多发性骨髓瘤患者机体中会缺失核糖体,核糖体是细胞的蛋白工厂,20%至40%的患者仅会产生一部分核糖体,当然这依赖于癌症的恶性程度。

【10】Nat Commun:核糖体图谱分析揭示疾病表型的分子基础

doi:10.1038/ncomms8200

近日,来自德国的科学家在国际学术期刊Nature Communication发表了一项最新研究进展,对于疾病相关基因的调控过程提出了新的见解。他们利用一种新技术在蛋白合成水平对基因的调控过程进行了观察研究,相比于传统方法只能检测基因表达和转录,通过这种方法可以帮助捕获更多的单基因调控过程。

当一个基因得到阅读,其隐藏在DNA“语言”中的蛋白编码蓝图就会在细胞核内通过转录的方式传递到RNA。科学家们已经在这一水平上发现了许多基因调控差异,但对于全部基因来说,我们做的还远远不够。在这篇文章中,来自德国,荷兰等多个国家的研究人员在翻译水平对基因调控问题进行了研究。蛋白质翻译发生在细胞核之外的细胞质中,在翻译过程中,RNA序列被翻译成氨基酸序列,并在细胞的蛋白质合成“工厂”–核糖体中组装成蛋白质。