生物探索
編者按
8月17日,《Science》期刊新發表這一篇題為「Fragile X mental retardation 1 gene enhances the translation of large autism-related proteins」的文章,揭示了一種罕見病——脆性X綜合征(fragile X syndrome)的遺傳因素。同時,這一缺陷基因還與其他疾病有關,例如自閉症。
來自美國卡內基科學研究所的Ethan Greenblatt和Allan Spradling完成了這一研究。他們重點研究了一種基因——Fmr1(fragile X mental retardation 1),該基因突變會影響大腦和生殖系統,導致最常見的遺傳性自閉症、脆性X綜合征以及卵巢早衰。
我們的遺傳資訊存儲在DNA分子中,後者緊密綁定於細胞核中,類似於一份「指令清單」。在蛋白表達過程中,RNA充當著「跑步者」的角色,負責將特定的DNA代碼從細胞核帶至細胞質中蛋白質製造的地方。
在多數情況下,這些步驟——從DNA到RNA的轉錄和從RNA到蛋白質的翻譯——快速連續地發生。然而,在一些高度專門化的細胞中,包括神經元和卵細胞,RNA的產生和儲存是非常必要的。
先前的研究表明,Fmr1可以防止存儲的RNA分子過度產生新的蛋白質。但是,許多研究都是針對腦細胞進行的,而在這些腦細胞中,結果分析非常複雜。在這項新研究中,Ethan Greenblatt和Allan Spradling選擇了一種更為簡單的細胞——果蠅卵細胞。
他們意外發現,缺乏Fmr1的卵細胞一開始是完全正常的,但是隨著時間的推移,缺陷卵細胞會比正常細胞更快地失去功能。這讓人聯想到人類卵巢衰竭綜合征。更重要的是,當受精時,這些缺乏Fmr1的卵細胞會產生帶有嚴重神經系統缺陷的後代,例如脆性X綜合征。
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這張圖展示了一個胚胎中樞神經系統因為缺乏Fmr1基因而出現發育缺陷的病例,左圖是正常的腹神經索(ventral nerve cord)。(圖片來源:Courtesy of Ethan Greenblatt and Allan Spradling)
進一步分析發現,Fmr1突變的卵細胞所表達的蛋白質數量大大減少。如果許多蛋白質完全缺失,就會與自閉症有關。受影響的蛋白質有一個共同點——構建我們身體的一些最大的蛋白質。即便是正常的卵細胞,包括受Fmr1影響的大蛋白在內,同樣也不能有效地表達。
「我們認為,Fmr1是一種輔助物質,可以促進重要的大型蛋白的表達,而這些蛋白質對於卵細胞或者神經元而言是很難製造的。缺乏Fmr1,卵細胞就沒有足夠的特定大蛋白,從而過早地衰退。因為Fmr1在大腦中也很重要,某些與自閉症相關的大型蛋白的缺失可以解釋脆性X綜合症患者的自閉症樣癥狀。」 Greenblatt解釋道。
下一步,他們將繼續研究大型蛋白表達問題與衰老或者其他疾病的關聯,例如阿爾茲海默症、肌萎縮側索硬化(ALS)。
責編:風鈴
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參考資料:1)Autism linked to egg cells" difficulty creating large proteins
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