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核糖体是细胞中***基础的细胞器,即使是***原始的细菌也存在核糖体。在细胞中,核糖体是蛋白质的加工机器,负责将信使RNA(mRNA)编码的密码子信息一一解码为相应的蛋白质的氨基酸序列。
值得注意的是,核糖体除了影响蛋白质合成速率之外,还在细胞增殖、分化以及凋亡等过程中发挥重要作用。因此,一旦核糖体结构或功能发生异常将极大影响细胞命运,导致心血管系统疾病、神经退行性疾病、衰老以及癌症等等。美国圣裘德儿童研究医院的科学家们在 Nature 期刊发表题为:mRNA decoding in human is kinetically and structurally distinct from bacteria 的研究论文。
该研究表明,人类细胞中的mRNA解码在动力学和结构上与细菌不同,其速度仅为细菌核糖体的十分之一,但准确性更高。这些差异来自人类核糖体中的真核特异性结构和真核延伸因子1A(eEF1A),它们共同协调每个mRNA密码子上忠实的tRNA掺入,这解释了为什么真核生物的核糖体比细菌的核糖体在解码mRNA时更慢和更准确。这些发现将为癌症、细菌感染的治疗开辟新的道路。
在所有生物中,核糖体可以解码mRNA密码子信息,并将对应的氨酰-tRNA(氨基酸加载到tRNA上)掺入到肽链中。在人类中,解码保真度的变化与心血管疾病、衰老和癌症等疾病有关,代表着潜在的治疗干预靶点。关于核糖体解码机制的认知主要源自于对细菌系统的研究。值得注意的是,尽管某些关键特征在进化过程中是保守的,但整体而言,进化上更高等的真核生物比低等细菌实现了更高保真的mRNA解码。
在这项研究中,研究团队结合多视角单分子荧光共振能量转移(smFRET)成像和冷冻电镜(cryo-EM)技术,在体外重构了人类核糖体的蛋白质翻译过程,高时空分辨率地解析人类核糖体实现高保真解码的分子基础。
通过smFRET和cryo-EM解析人类核糖体mRNA解码过程中的结构动力学
研究团队测定人类核糖体读取遗传密码子的速度,即多快能找到与mRNA互补的氨酰-tRNA。他们发现,与细菌核糖体相比,人类核糖体的这一过程要慢得多——大约有一个数量级(10倍)的差距。
具体来说,虽然人类和细菌的核糖体解码过程大体一致,但人类核糖体的高保真度是由快速可逆的SSU结构域闭合和滚动过程控制的,这与细菌核糖体不同。这些差异来自于人类核糖体和真核翻译延伸因子eEF1A中的结构元件的相互作用,其校对选择过程受到构象变化的***,两者共同负责为每个mRNA密码子忠实地掺入、结合正确的氨酰-tRNA。
结构域闭合和初始三元复合物结合
研究团队表示,人类核糖体的解码机制在动力学和结构上都不同于细菌,人类核糖体和eEF1A内构象变化的独特性质和时间吻合解释了人类细胞是如何增加mRNA解码保真度的,并且该这一过程可能在所有真核生物中都是一致的。
ctDNA的提取在肿瘤筛查中,是重要的前置步骤。目前常用的提取方法是利用生物磁珠,主要是硅羟基磁珠或羧基磁珠对血清血浆的ctDNA进行提取,由于磁珠的粒径小,比表面积大,在特定提取缓冲液中,对核酸的吸附会更加灵敏,相比于其他方法,使用生物磁珠对进行ctDNA提取得率会更高,检测灵敏度和检出限也会更合适,搭配核酸提取仪,更能实现全程自动化的提取。