在细胞中，DNA携带着用来构建卵白质的遗传密码 。为了天生卵白质，细胞会将DNA复制为一种称为mRNA（信使RNA）的分子 。随后，核糖体（ribosome）读取mRNA，并将其翻译成卵白质 。然而，这一要害办法的详细历程一直没有被直接视察到：科学家此前并不清晰核糖体是怎样附着并读取mRNA的 。
现在，包括密歇根大学研究职员在内的一支国际科学家团队，使用先进显微手艺，首次直观展示了核糖体在mRNA被RNA聚合酶（RNA polymerase，简称RNAP）转录时怎样被招募到位 。这项研究以细菌为研究工具，其效果已揭晓在《Science》期刊上 。
“明确核糖体怎样捕获或‘招募’mRNA，是所有后续办法的基础，好比弄清它是怎样最先解读mRNA中的编码信息的，”研究团队的联合认真人之一、法国基因与分子与细胞生物学研究所的研究员Albert Weixlbaumer诠释道 。“这就像一本书 。你的使命是阅读息争读这本书，但首先你需要弄清晰这本书是怎样到你手上的 。”
研究职员发明，RNAP通过两种差别的“锚定”方法将核糖体拉入并牢靠，从而确保卵白质合成的稳固启动 。这种机制类似于修建工地上的领班，羁系工人装置重大结构的要害部分，通过双重确认确保各部件在主要节点上的稳固毗连，以抵达最大化的稳固性和功效性 。
图片链接：https://www.eurekalert.org/multimedia/1051073
图片信息：该图突出显示了核糖体被召募到仍在由 RNA 聚合酶 （RNAP） 合成的 mRNA 的两种选择 。RNAP（左图，红色）可以直接将 mRNA 递送到小核糖体亚基（左图，黄色）的入口通道 �；蛘�，RNAP（绿色）可能在细菌中占主导职位，可以与核糖体卵白 bS1（右图，青色）相互作用 。bS1 连系并指导 mRNA（右图，白色和发光）从 RNAP 进入小核糖体亚基（右图，黄色） 。
研究职员体现，深入明确这些基础历程有助于设计新的要领来阻断细菌特定的卵白质合成路径 。古板要领通常针对核糖体或RNAP，但细菌经常通过进化和突变获得抗性 �；谧钚路⒚�，研究团队希望能够切断多条通路，以更高效地应对细菌 。
“我们知道，RNAP、核糖体、转录因子、卵白质和mRNA之间保存重大的相互作用，”该研究的四位联合向导者之一、密歇根大学高级科学家Adrien Chauvier说 。“若是能够针对RNAP、核糖体和mRNA之间的接口，设计一种能够滋扰复合体招募或稳固性的分子化合物，将可能带来新的解决计划 。”
研究团队构建了一个机制框架，展示了复合体的差别组成部分怎样协作，将新天生的mRNA指导至核糖体，并在转录与翻译之间起到桥梁作用 。
图片信息：核糖体向mRNA召募的早期办法 。
“sunbet目的是弄清RNAP和核糖体的耦合在最初是怎样建设的，”Weixlbaumer体现 。“通过使用纯化的组件，我们重新组装了这个仅有十亿分之一米直径的复合体，并使用冷冻电子显微镜（cryo-EM）视察其动态行为，解读其功效体现 。随后，我们进一步验证这些纯化组件的行为是否可以在差别的实验系统中重复 。”
在人类重大细胞中，DNA位于被细胞核膜�；さ那�，RNAP在这里充当“解码器”的角色，将遗传信息剖析成更小的片断 。这种高效的酶将DNA转录为mRNA，而mRNA携带着全心挑选的遗传信息，被运送至细胞质内，在核糖体中翻译为生命的基本构件——卵白质 。
而在没有细胞核及膜结构的原核生物中，转录和翻译险些是同时且在近距离内完成的，这使得RNAP和核糖体能够直接协调并相助 。
细菌作为研究最充分的原核生物，因其简朴的遗传结构，为剖析基因表达历程中RNAP与核糖体的耦合机制提供了理想模子 。
研究团队凭证各自实验室的专长接纳了多种手艺和要领 。例如，Weixlbaumer的研究团队使用冷冻电子显微镜，而由Andrea Graziadei向导柏林团队使用细胞内交联质谱手艺 。密歇根大学的Chauvier和化学与生物物理学教授Nils Walter，使用先进的单分子荧鲜明微镜对结构动态举行了剖析 。
“为了跟踪这一‘机械’的运行速率，我们将其两部分用差别颜色标记，”Chauvier说 。“我们给新生RNA标记一种荧光颜色，给核糖体标记另一种 。这使我们能够在高倍显微镜下划分视察它们的动态历程 。”
研究团队视察到，当核糖体的小亚基（30S）中保存核糖体卵白bS1时，新生的mRNA能够更高效地与其连系 。bS1有助于mRNA睁开，为核糖体内部的翻译做好准备 。
冷冻电子显微镜效果还展现了mRNA进入核糖体的另一条途径：通过转录耦合因子NusG或其变体RfaH将RNAP与核糖体毗连 。这条途径使mRNA从bS1的另一侧进入核糖体的mRNA入口通道 。
在乐成直观泛起RNAP与核糖体耦合的初始阶段后，研究团队妄想进一步相助，探索复合体在完全施展功效前需要履历的重组历程 。“这项研究展现了跨学科研究的强鼎实力，其相助规模横跨大洲和大洋，”Walter总结道 。
杂志：Science
DOI：10.1126/science.ado8476
