《Cell》發表創新性蛋白質研究技術

就像一臺小型的、運轉良好的機器，酶是由多個相互連鎖的分子元件構成的一類蛋白質，在每個細胞中執行著各種各樣的任務。然而，這些元件是如何協同作用來完成任務的?這一問題困擾著科學家們。現在，一個研究人員小組發現了一種繪制酶潛在分子機器圖譜的新方法，根據它揭示的模式，研究人員能夠預測一種酶的行為方式，以及當這一過程遭受破壞時會發生的事件。

在8月8日的《細胞》(Cell)雜志上，由Gladstone研究所和加州大學舊金山分校研究員Nevan Krogan博士，德州A&M大學的Craig Kaplan博士和加州大學舊金山分校教授Christine Guthrie領導的一個科學家小組，描述了一種稱作為pE-MAP(point mutant E-MAP)的新技術，借助于它研究人員能夠找到并繪制出一種酶內許多移動部件彼此之間成千上萬的相互作用。

研究人員將焦點放在了*的RNA聚合酶II (RNAPII)上，并利用了單細胞釀酒酵母(S. cerevisiae)作為模型。研究人員以往曾繪制出RNAPII的物理結構，然而卻不清楚酶內的各部分是如何與細胞內其他蛋白質一同發揮作用，完成重要功能的。

Kaplan博士說：“科學家們知道RNAPII的物理結構，但這一大型酶具有許多不同的區域，每個區域執行著不同的功能。我們想將這些區域和功能之間的點連接起來。”

研究小組采用了一種遺傳學方法，生成了53個RNAPII“突變體”，每個都改變了RNAPII的一個特定元件。他們想測試出每個突變對應的特定功能。通過這種方式，他們就能夠將酶的特定區域與一種特異功能起來。

但是這樣做，他們不得不將每個突變體與細胞內RNAPII相關的數千功能進行比較，這是采用傳統方法無法完成的一個巨大的任務。因此，研究小組開發了這種pE-MAP方法。

Krogan 博士說：“并非是將單個點突變與一個或兩個不同的突變體進行交叉比較，pE-MAP使得我們能夠交叉比較單個點突變與超過000個突變體。這為我們提供了每個突變體000個數據點，隨后我們利用這些數據點構建出了高分辨率的圖譜。”

論文的主要作者、Krogan 實驗室研究生Hannes Braberg 說：“直到現在，要獲得類似的信息*的方法就是，滅活或‘敲除’酶內的特定基因，觀察其影響。而RNAPII是如此的至關重要，哪怕滅活一個基因往往也會殺死細胞。因此沒有敲除這些基因，我們轉而讓它們發生了突變。”

研究人員隨后將新生成的圖譜，與每個RNAPII突變體如何能夠將DNA轉錄為RNA這一RNAPIIzui重要的功能關聯起來。研究小組發現，一些 RNAPII突變體的轉錄速度慢于其他的突變體，而另一些則更快。進一步的分析揭示，慢轉錄者彼此之間有一些重要的相似之處，快轉錄者也是如此。這種模式使得研究人員能夠預測每個突變體的轉錄速度。

隨后，研究小組還發現了與轉錄相關另一種現象，其涉及到剪接過程。將剩余的片段連接在一起的過程。從前，科學家們推測，轉錄速度與剪接相關——快轉錄者是不太的剪接者，反之亦然。但是沒人能夠看到它的行為。因此Guthrie博士利用pE-MAP方法生成的圖譜，實時觀察了轉錄速度對于剪接度的不同影響。

Guthrie 說：“當轉錄速度減慢之時，剪接更有效率。我們看到了快轉錄者的反向效應——這一以來預測存在，卻從未觀察到得到現象。這再度證明了pE-MAP方法的效力。”

研究人員稱，這種方法還可以用于研究其他的酶。并且研究人員還可以將了解到的知識應用于了解像RNAPII這樣的蛋白質發生突變導致特定的疾病狀態的機制，并zui終可能賦予我們糾正這些疾病的能力。