2020-03-03
之前的公眾號文章給(gei)大家介紹了什么是翻譯組學(xue) 門（點擊查看），文獻(xian)也有(you)報道(dao)，從基因組生(sheng)成(cheng)整個蛋白(bai)質(zhi)組需(xu)要(yao)有(you)RNA生(sheng)成(cheng)調(diao)(diao)(diao)控(kong)(kong)(含表觀遺傳調(diao)(diao)(diao)控(kong)(kong)和轉錄調(diao)(diao)(diao)控(kong)(kong))、RNA降解(jie)調(diao)(diao)(diao)控(kong)(kong)、蛋白(bai)質(zhi)生(sheng)成(cheng)調(diao)(diao)(diao)控(kong)(kong)(即(ji)翻(fan)譯調(diao)(diao)(diao)控(kong)(kong))、蛋白(bai)質(zhi)降解(jie)調(diao)(diao)(diao)控(kong)(kong)這(zhe)四個主(zhu)要(yao)調(diao)(diao)(diao)控(kong)(kong)階(jie)段。其中，翻(fan)譯調(diao)(diao)(diao)控(kong)(kong)占(zhan)所有(you)調(diao)(diao)(diao)控(kong)(kong)比例的(de)一(yi)半以上，超過其他所有(you)調(diao)(diao)(diao)控(kong)(kong)的(de)總和，是(shi)細胞內最重要(yao)的(de)調(diao)(diao)(diao)控(kong)(kong)方(fang)(fang)式(shi)。對于這(zhe)么重要(yao)的(de)調(diao)(diao)(diao)控(kong)(kong)方(fang)(fang)式(shi)，找到了開啟研究大(da)門的(de)“鑰匙”了嗎？
圖(tu)1 翻譯調控(kong)對(dui)蛋白(bai)質豐度影響占比
廣義的翻譯組(translatome)指直接參與翻譯過程的所有元件，包括但不限于核糖體、正在翻譯的mRNA(translating mRNA，又稱RNC-mRNA)、tRNA、調控性RNA(如miRNA、lncRNA等)、新生肽鏈(nascent polypeptide chain)、各種翻譯因子等；狹義的翻譯組特指正在翻譯的mRNA。由于參與翻譯過程的元件包含RNA和蛋白質兩大類，并由復雜而精細的大分子機器調控，兼具靜態構成和動態變化的特性。針對不同的組分，翻譯組學發展出了多種多樣的研究方法。 1、Polysome profiling 多聚核糖(tang)體圖譜(pu)技術 2、RNC-mRNA 翻(fan)譯譜分(fen)析技術 3、Ribo-seq 核糖(tang)體足跡譜技術(shu) 4、TRAP-seq 核(he)糖體親(qin)和純(chun)化技術 1、多(duo)(duo)聚(ju)核(he)(he)糖(tang)(tang)(tang)(tang)體(ti)(ti)(ti)復(fu)合(he)(he)(he)物（polysome）是(shi)20世紀60年代在(zai)(zai)(zai)蔗糖(tang)(tang)(tang)(tang)梯度(du)(du)超離心(xin)(xin)法的(de)(de)(de)(de)(de)基礎(chu)上(shang)發展起來(lai)的(de)(de)(de)(de)(de)。核(he)(he)糖(tang)(tang)(tang)(tang)體(ti)(ti)(ti)是(shi)大多(duo)(duo)數(shu)(shu)(shu)細胞(bao)中最大的(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)密度(du)(du)大分(fen)(fen)(fen)子結(jie)構(gou)。在(zai)(zai)(zai)蔗糖(tang)(tang)(tang)(tang)梯度(du)(du)下，由更多(duo)(duo)核(he)(he)糖(tang)(tang)(tang)(tang)體(ti)(ti)(ti)結(jie)合(he)(he)(he)的(de)(de)(de)(de)(de)mRNA分(fen)(fen)(fen)子沉(chen)積速度(du)(du)更快。polysome profling是(shi)利用核(he)(he)糖(tang)(tang)(tang)(tang)體(ti)(ti)(ti)沉(chen)降系數(shu)(shu)(shu)較大的(de)(de)(de)(de)(de)特性，用蔗糖(tang)(tang)(tang)(tang)密度(du)(du)梯度(du)(du)離心(xin)(xin)的(de)(de)(de)(de)(de)方法分(fen)(fen)(fen)離多(duo)(duo)聚(ju)核(he)(he)糖(tang)(tang)(tang)(tang)體(ti)(ti)(ti)。一條mRNA上(shang)結(jie)合(he)(he)(he)的(de)(de)(de)(de)(de)核(he)(he)糖(tang)(tang)(tang)(tang)體(ti)(ti)(ti)數(shu)(shu)(shu)量(liang)越多(duo)(duo)，在(zai)(zai)(zai)梯度(du)(du)離心(xin)(xin)時的(de)(de)(de)(de)(de)沉(chen)降速率(lv)就會越快，因此結(jie)合(he)(he)(he)有(you)不同數(shu)(shu)(shu)量(liang)核(he)(he)糖(tang)(tang)(tang)(tang)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)mRNA通過離心(xin)(xin)就可以(yi)在(zai)(zai)(zai)溶液中分(fen)(fen)(fen)開。然(ran)后(hou)可以(yi)對分(fen)(fen)(fen)離出來(lai)的(de)(de)(de)(de)(de)各(ge)組分(fen)(fen)(fen)中的(de)(de)(de)(de)(de)mRNA進行分(fen)(fen)(fen)析。在(zai)(zai)(zai)環境脅迫時，翻譯(yi)的(de)(de)(de)(de)(de)全局狀態常有(you)非(fei)常明顯(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)改變，如(ru)在(zai)(zai)(zai)高(gao)滲壓(ya)力下單個核(he)(he)糖(tang)(tang)(tang)(tang)體(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)組分(fen)(fen)(fen)明顯(xian)增(zeng)加(jia)，而在(zai)(zai)(zai)氧化壓(ya)力下單個mRNA上(shang)結(jie)合(he)(he)(he)的(de)(de)(de)(de)(de)核(he)(he)糖(tang)(tang)(tang)(tang)體(ti)(ti)(ti)數(shu)(shu)(shu)量(liang)呈明顯(xian)增(zeng)加(jia)。 2、RNC-Seq是在Polysome profling方法的基礎上，在2013年暨南大學張弓教授課題組(zu)(zu)采用RNC-mRNA(RNC表示Ribosome-Nascent-chain-Complex, 核糖(tang)體-新生肽鏈復合(he)物)直接分(fen)(fen)離技術(shu)，使用單(dan)一(yi)濃度蔗糖(tang)溶液作(zuo)為(wei)緩(huan)沖液，通(tong)過(guo)超速(su)冷凍離心將核糖(tang)體組(zu)(zu)分(fen)(fen)與游離mRNA以及其他細胞組(zu)(zu)份分(fen)(fen)離開來。由于所(suo)有的核糖(tang)體組(zu)(zu)分(fen)(fen)都沉(chen)淀在管底，抽提沉(chen)淀中的RNA，即可(ke)得到RNC-mRNA。然(ran)后(hou)結合(he)高(gao)通(tong)量(liang)測(ce)序即可(ke)獲得所(suo)有正在翻譯的全長mRNA信息。 3、20 世紀(ji)60 年代人們就注意到(dao)蛋白質(zhi)合(he)成過(guo)程中核(he)糖(tang)體保護的(de)mRNA 片(pian)段可(ke)以免受RNA 酶的(de)降(jiang)解作用。2009 年Weissman 課題組首次將高通量測序技術應用于研究釀(niang)酒酵母核(he)糖(tang)體保護的(de)RNA 片(pian)段（Ribosome protected fragments，RPFs），即核(he)糖(tang)體圖譜技術。這是目(mu)前(qian)較為常(chang)用(yong)的檢測正在(zai)翻譯的mRNA的技(ji)術(shu)。首先使用低濃度RNase處理(li)核(he)(he)糖體(ti)-新生肽(tai)鏈(lian)復(fu)合(he)物，降(jiang)解掉沒(mei)有核(he)(he)糖體(ti)覆蓋(gai)的mRNA片段(duan)，最后對(dui)獲得的被核(he)(he)糖體(ti)保護(hu)的約22~30 bp的RNA小片段(duan)(稱(cheng)為Ribosome FootPrints, RFPs；或者(zhe)稱(cheng)Ribosome Protected Fragments, RPFs)進行測序分(fen)析。 4、TRAP 是由Gerber 課題(ti)組于(yu)2002 年發表，最(zui)初是在核糖體大亞基(ji)的(de)L25（RPL25p）蛋白質的(de)C 端連接上(shang)親和標(biao)簽(qian)（如His、FLAG 和eGFP 等(deng)），后(hou)來又采用RPL16a 進(jin)行(xing)C 端標(biao)記，這些帶有標(biao)簽(qian)的(de)核糖體蛋白基(ji)因可(ke)以被組織特異性啟(qi)動(dong)子(zi)啟(qi)動(dong)；通(tong)過再轉(zhuan)化獲(huo)得(de)(de)穩(wen)定(ding)的(de)轉(zhuan)化細胞系、動(dong)植物個體，再通(tong)過抗體將(jiang)含(han)有標(biao)簽(qian)的(de)核糖體進(jin)行(xing)分離，進(jin)一(yi)步得(de)(de)到標(biao)簽(qian)核糖體上(shang)結合(he)的(de)mRNA。 圖2 四種翻譯(yi)組研究(jiu)技術(shu)原(yuan)理流(liu)程圖 表1 翻(fan)譯組研究技(ji)術對(dui)比 翻(fan)譯(yi)調(diao)控(kong)比轉(zhuan)錄調(diao)控(kong)更快更靈敏，使得生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)在面(mian)對(dui)逆境(jing)時(shi)可(ke)以做出快速(su)的(de)(de)應(ying)對(dui)措施以保證生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)體的(de)(de)存(cun)活(huo)，極大(da)地(di)提高了基因表(biao)達調(diao)控(kong)的(de)(de)靈活(huo)性與復(fu)雜(za)性，目(mu)前翻(fan)譯(yi)組學已經廣泛應(ying)用(yong)于(yu)腫瘤方面(mian)研(yan)究，微生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)(wu)抗逆機制，指導蛋白(bai)質(zhi)組鑒定以及(ji)新蛋白(bai)的(de)(de)發(fa)掘等(deng)(deng)等(deng)(deng)。2020年了，請大(da)家重點關(guan)注起翻(fan)譯(yi)組。 參考文(wen)獻： 1、Zhao, J. , Qin, B. , Nikolay, R. , Cmt, S. , & Zhang, G. . (0). Translatomics: the global view of translation.Int J Mol Sci.. 2、Vogel, C. , & Marcotte, E. M. . (2012). Insights into the regulation of protein abundance from proteomic and transcriptomic analyses. Nature Reviews Genetics, 13, 679. 3、Schwanh?usser B, Busse D, Li N, et al. Global quantification of mammalian gene expression control.Nature. 2011;473(7347):337–342.
