生命體的一切行為都有其分子基礎(chǔ)，環(huán)境變化，如熱刺激后，細(xì)胞會(huì)有不同的轉(zhuǎn)錄、翻譯狀態(tài)，不同狀態(tài)背后有著不同的調(diào)節(jié)因子，此次整理分享的文章作者研究的是熱刺激引起翻譯狀態(tài)變化的分子機(jī)制，具體內(nèi)容如下：

熱刺激后酵母轉(zhuǎn)錄、翻譯狀態(tài)發(fā)生變化

作者想研究的是翻譯狀態(tài)變化背后的分子機(jī)制，mRNA上UTR和翻譯調(diào)節(jié)相關(guān)，測序恰巧得到了RNA的數(shù)據(jù)，作者用軟件ViennaRNA模擬UTR的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)帶有短的、未結(jié)構(gòu)化UTR的mRNA熱刺激后翻譯增加，而長的、結(jié)構(gòu)化UTR的mRNA熱刺激后翻譯被抑制

由翻譯狀態(tài)變化看到UTR，接著順著UTR的“藤”摸瓜：文獻(xiàn)報(bào)道翻譯起始因子Ded1p、elF4B都和UTR有關(guān)系，Ded1p、elF4B都會(huì)出現(xiàn)在應(yīng)激顆粒SG，不同的是Ded1p聚集的更快，因此作者猜想熱刺激產(chǎn)生的SG困住了Ded1p。為了驗(yàn)證猜想，作者做了個(gè)Ded1p突變失活的菌種，復(fù)現(xiàn)了之前觀察到的“短的、未結(jié)構(gòu)化UTR的mRNA熱刺激后翻譯增加，而長的、結(jié)構(gòu)化UTR的mRNA熱刺激后翻譯被抑制”，再結(jié)合隨溫度升高Ded1p逐漸不溶，作者推測溫度變化引起Ded1p聚集、失活，使得不同UTR的mRNA翻譯發(fā)生變化

成功把故事引到Ded1p上，開始仔細(xì)觀察它：熱、饑餓、pH變化都會(huì)使Ded1p聚集、進(jìn)入相變顆粒SG

隨溫度升高，Ded1p聚集成點(diǎn)、變得不溶

溫度變化，酵母的生長速率變化，生長速率變化的趨勢恰好和Ded1p溶解度變化趨勢相似，暗示Ded1p除了刺激后發(fā)生聚集還和酵母的生長相關(guān)

顯微鏡、動(dòng)態(tài)光散射都看到40度開始相變

nano-differential scanning fluorimetry (DSF)觀察到在40度時(shí)Ded1p三級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，三級(jí)結(jié)構(gòu)的變化恰巧和DLS觀察到的蛋白的聚集同步，DSF和DLS測得的Tm（transition midpoint）相當(dāng)

Ded1p三級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，那二級(jí)結(jié)構(gòu)呢？CD（圓二色散）看一下，發(fā)現(xiàn)二級(jí)結(jié)構(gòu)并未發(fā)生變化

Ded1p的高級(jí)結(jié)構(gòu)看完開始看它上面的結(jié)構(gòu)域，兩端各有一個(gè)IDR結(jié)構(gòu)域，敲掉后觀察相變行為發(fā)現(xiàn)：N端抑制相變，C端促進(jìn)相變

作者想研究的是翻譯狀態(tài)改變的分子機(jī)制，前面推測Ded1p調(diào)節(jié)，Ded1p是RNA解旋酶，可和RNA發(fā)生互作，看看RNA對(duì)Ded1p相變的影響：mRNA可改變Ded1p相變液滴的形態(tài)，降低相變溫度，進(jìn)入相變液滴內(nèi)部

mRNA還使得Ded1p相變變得可逆

Ded1p-mRNA組成的相變液滴會(huì)融合、硬化

相變行為研究的差不多了，該研究功能了，為了研究功能，作者構(gòu)建了一個(gè)更易相變的突變型IDRm

首先，相變會(huì)引起酵母生長缺陷

比對(duì)野生型和更易相變的突變型，發(fā)現(xiàn)更易相變的突變型IDR短的、未結(jié)構(gòu)化UTR的mRNA翻譯增加，而長的、結(jié)構(gòu)化UTR的mRNA翻譯被抑制（和熱刺激之后酵母翻譯狀態(tài)相似），熱休克相關(guān)因子翻譯增加 – 和熱刺激引起翻譯狀態(tài)變化接上頭了

為了進(jìn)一步研究Ded1p對(duì)不同UTR mRNA翻譯的調(diào)節(jié)，作者構(gòu)建了生化實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停碊ed1p對(duì)帶有報(bào)告系統(tǒng)的mRNA翻譯的調(diào)節(jié)：更能促進(jìn)帶有長的、結(jié)構(gòu)化的UTR的mRNA翻譯，Ded1p相變后，翻譯水平都下降，但帶有長的、結(jié)構(gòu)化的UTR的mRNA翻譯水平下降的更多。作者將長的、結(jié)構(gòu)化的UTR對(duì)應(yīng)的mRNA定義為管家mRNA，短的、未結(jié)構(gòu)化的UTR對(duì)應(yīng)的mRNA定義為應(yīng)激mRNA，基于以上數(shù)據(jù)得出結(jié)論 - 相變使Ded1p失活，管家mRNA翻譯受到很大影響，而應(yīng)激mRNA受到影響較小，酵母翻譯狀態(tài)發(fā)生了轉(zhuǎn)變

擴(kuò)展一下自己的發(fā)現(xiàn)：不同菌種能耐受的溫度不同，對(duì)應(yīng)的發(fā)生相變的溫度也不同 – 和相變引起生長缺陷的結(jié)論呼應(yīng)

最后來個(gè)模式圖：生理?xiàng)l件下，Ded1p促進(jìn)管家mRNA翻譯，熱刺激后Ded1p聚集、相變，管家mRNA翻譯受到很大影響，而應(yīng)激mRNA受到影響較小可以繼續(xù)翻譯 – Ded1p通過相變調(diào)節(jié)細(xì)胞翻譯狀態(tài)

同樣的數(shù)據(jù)，不同的人會(huì)講出不同的故事，作者立意高遠(yuǎn)，通過挖掘測序數(shù)據(jù)提出管家mRNA和應(yīng)激mRNA的概念，把相變和蛋白翻譯狀態(tài)建立了關(guān)聯(lián)，厲害！

從某種意義上講，生命的本質(zhì)就是一系列生化反應(yīng)的集合，可以簡化成一個(gè)溶液體系的反應(yīng) - 在溶液內(nèi)，各種溶質(zhì)分子（蛋白、核酸等）碰撞、反應(yīng)引起生命活動(dòng)。相變是溶質(zhì)分子在觸發(fā)條件下聚集，從溶劑中“析出”成液滴，液滴內(nèi)溶質(zhì)分子濃度，肯定利于反應(yīng)進(jìn)行；換個(gè)視角看液滴外，相對(duì)的溶質(zhì)分子濃度降低，反應(yīng)會(huì)變慢 – 生命活動(dòng)有時(shí)需要反應(yīng)加快，有時(shí)需要反應(yīng)變慢，相變借此調(diào)節(jié)，因此才會(huì)推想細(xì)胞生物學(xué)的各個(gè)研究方向都可以試著從相變的角度審視一下，也許會(huì)有所發(fā)現(xiàn)……

Christiane Iserman, Christine Desroches Altamirano, Ceciel Jegers, et al. Condensation of Ded1p Promotes a Translational Switch from Housekeeping to Stress Protein Production [J]. Cell, April 30, 2020.

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參考文獻(xiàn):

Christiane Iserman, Christine Desroches Altamirano, Ceciel Jegers, et al. Condensation of Ded1p Promotes a Translational Switch from Housekeeping to Stress Protein Production [J]. Cell, April 30, 2020.

2019-2020年CNS文獻(xiàn)匯總

【CNS前沿文獻(xiàn)追蹤】RNA通過改變G3BP1構(gòu)象驅(qū)動(dòng)相變進(jìn)行

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【CNS前沿文獻(xiàn)追蹤】相變影響核小體泛素化

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