暨大生科院用定量化中心法則進行核酸研究

【資料簡介】

 

 

生物遺傳中心法則于1958年由克里克提出，然而半個世紀以來，這一過程的定量傳遞關系一直困擾著科學界，近日暨南大學功能蛋白質研究廣東普通高校重點實驗室張弓研究員、王通研究員和何慶瑜教授在新研究中建立定量的中心法則，將之前只能定性描述的“中心法則”*次定量化，相關論文發表在2013年3月21日的《核酸研究》（Nucleic Acids Research）上。

 

生物學基本理論之一的“中心法則”于1958年被提出，定性地說明了mRNA通過翻譯過程生成蛋白質，但隨后55年，這一過程的定量傳遞關系卻一直困擾著科學界。數十年來的研究表明，不同物種中的mRNA豐度和蛋白質豐度普遍相關性較低，R2在0.01-0.50之間。由于某些mRNA分子并不被翻譯，早在2001年，Pradet-Balade等人就提出假說：翻譯中的mRNA（也就是核糖體-新生肽鏈復合物中的mRNA，RNC-mRNA）的豐度應該更能反映蛋白質的豐度。然而，隨后有限的研究表明，這種二元相關性仍然較低，R2在0.4以下。因此，從mRNA到蛋白質的定量傳遞關系一直是中心法則沒有解決的科學問題。

 

張弓、王通和何慶瑜課題組利用穩態人類細胞進行了相對定量研究，在RNC-mRNA和蛋白質相對豐度之間加入mRNA的長度作為獨立的因素，發現RNC-mRNA和蛋白質相對豐度與mRNA的長度之間存在顯著的三元對數線性相關定量關系，R2在0.94以上，亦即超過94%的蛋白質的相對豐度可以通過其翻譯中RNC-mRNA的相對量和mRNA長度計算獲得。這一結果使中心法則中的定量關系難題在相對定量模型中得到初步解決。

 

同時，該研究提出了翻譯比率的新概念（translation ratio, TR），即能夠進入翻譯的mRNA比例，可由RNC-mRNA與總mRNA的比值獲得，主要表征著翻譯起始的效率。本研究發現，癌癥細胞中各種mRNA的TR普遍比正常細胞上調，而且長度越短的基因具越高的TR，表明更容易被翻譯。同時，具顯著TR改變的基因與肺癌的惡性表型密切相關。

 

該研究在理論上提出中心法則的系統生物學相對定量規律，報道了通過RNC-mRNA預測蛋白質相對豐度變化的新策略，這表明，人類穩態細胞所表達的12000多種蛋白質中的絕大部分相對量可通過該研究提出的三元模型計算獲得，實現了用核酸大規模測序技術來研究蛋白質組相對定量信息的目標。同時，TR及其生物學意義的提出，為癌癥細胞表型研究、分子機制研究和新治療策略提供了全新的研究方向。

 

目前該課題組正在利用定量模型對該理論進行更深入的探究，成果將在近期內發表。