Cell：颠覆认知！细胞应激颗粒中的mRNA确实可以表达蛋白

就像人一样，细胞也会遭受应激。突然的氧气下降、过热或毒素都会引发一连串的分子变化，导致细胞停止生长，产生应激保护因子，并形成应激颗粒（stress granule）---蛋白和RNA分子挤在一起而形成的无膜细胞器。虽然应激颗粒的功能在很大程度上仍然是未知的，但人们认为它们只含有不被翻译成蛋白的RNA。如今，一项新的研究颠覆了这一长期以来的观点，表明应激颗粒内的信使RNA（mRNA）确实可以制造蛋白。相关研究结果于2020年12月11日在线发表在Cell期刊上，论文标题为“Single-Molecule Imaging Reveals Translation of mRNAs Localized to Stress Granules”。

图片来自Cell, 2020, doi:10.1016/j.cell.2020.11.010

mRNA是单链RNA分子，在真核生物的细胞核中由DNA转录而来，然后被运送到细胞质中，在那里它们被翻译成蛋白。在细胞应激反应过程中，许多mRNA簇集在应激颗粒内---这一观察使科学家们认为，当细胞受到威胁时，这些mRNA就停止了翻译。
为了弄清楚这些由应激引起的细胞器内的mRNA会发生什么，论文通讯作者Jeffrey Chao博士、论文第一作者博士后研究员Daniel Mateju及其同事们开始观察单个RNA分子与经历应激的活细胞内的应激颗粒之间的相互作用。为此，他们用荧光标签标记了应激颗粒和单个mRNA分子。多亏了一种名为SunTag的创新抗体标记工具，他们还可以在蛋白产生时以单分子的精度进行可视化观察。
利用这种方法，这些研究人员发现，即使mRNA被稳定地定位在应激颗粒内，它仍然可以被翻译成蛋白。虽然大多数mRNA的翻译在应激期间受到抑制，但是触发应激反应所必需的特定基因（如ATF4）在这些条件下会增加它们的翻译。通过使用ATF4-SunTag作为模型转录本，他们发现它在应激颗粒中的翻译并不是一个罕见的事件，而且完整的翻译周期（起始、延伸、终止）可以在应激颗粒中发生。此外，他们还发现有证据表明，在应激过程中翻译受到抑制的mRNA也可以在应激颗粒中进行翻译。
Mateju说，“我们的研究结果表明，mRNA定位到应激颗粒与翻译是相容的，并驳斥了应激颗粒在抑制蛋白合成中起着直接作用。”
这些研究结果阐明了细胞应激反应的前所未有的细节。在单分子水平上对这些过程进行成像的能力可以进一步帮助更好地理解无膜细胞器和其他称为生物分子凝聚物的分子簇的功能，这些分子簇被认为可以调节广泛的生物过程。（生物谷 Bioon.com）
参考资料：
1.Daniel Mateju et al. Single-Molecule Imaging Reveals Translation of mRNAs Localized to Stress Granules. Cell, 2020, doi:10.1016/j.cell.2020.11.010.
2.Thinking afresh about how cells respond to stress
https://phys.org/news/2020-12-afresh-cells-stress.html