近日来自叶史瓦大学阿尔伯特爱因斯坦医学院的科学家们在研究中获得了一项意外发现。新研究证实某些基因不是以科学家们常规认为的协调方式而是一种随机的方式发挥作用构建蛋白质复合结构，研究结果发表在12月5日《自然结构和分子生物学》（Nature Structural and Molecular Biology）期刊的网络版上。新研究发现将有可能改变科学家们对的同步化细胞过程的思考方式。
人体所有细胞内都包含着蛋白质复合物，这些蛋白质复合物负责执行细胞的一些基本功能例如产生能量和帮助细胞分裂。装配这些蛋白质复合物需要许多不同基因的参与，由这些基因编码的蛋白质可选择性地形成蛋白质复合物，例如核糖体就是细胞内由蛋白质合成的极其重要的结构（人类及大多数其他生物体的核糖体都是由核糖核酸（RNA）和80种不同的蛋白质组成）。长期以来科学家们都想当然地认为参与形成这些复合物结构的基因是以一种高度协调的方式被激活。
“我们的发现是非常令人惊讶的，”论文的资深作者、爱因斯坦医学院细胞生物学和神经科学系教授、解剖学和结构生物学教授及联合主席Robert Singer博士说道：“这些形成核糖体和其他蛋白质复合物蛋白亚单位的基因根本不是协调性地进行基因表达。事实上，这些基因相互完全不发生联系，因此我们将它们称之为‘无线索’（ clueless）基因。”
基因表达是指将一个基因中的脱氧核糖核酸（DNA）信息转录为信使RNA（mRNA）分子，进而mRNA从细胞核移位到细胞质中提供模板指导蛋白质合成的过程。为了了解特异基因的协同表达，Singer博士和他的同事们检测了个别细胞中由这些基因转录的mRNA分子。研究发现相比于完全无关的基因，由这些‘无线索’基因簇生成的mRNA更加不具有协同性。
这些编码核糖体和其他蛋白质复合结构的“无线索”基因被称为管家基因，它们在细胞内无时无刻保持着“待命”状态。而其他的基因簇则通常保持沉默状态直至特殊情况诱导它们激活。研究人员发现相比于“无线索”管家基因，这些诱导基因通常以一种有规则的方式发挥作用。例如将酵母细胞放入包含半乳糖的营养素培养基中培育可启动代谢半乳糖的三个基因高度协同表达。
“我们的研究结果表明对于形成核糖体、蛋白酶体和其他细胞内基本结构的这些管家基因，细胞采用了非常简单的基因表达模式，不同于原来科学家们所认为的，这种表达模式要求较少的协调性，”论文的第一作者Saumil Gandhi说：“那些基因随机地激活，与功能相关基因簇成员一起编码蛋白。并且细胞以某种未知的方式设法克服了这一随机性，成功地组装了这些蛋白质复合物。”
推荐原文出处：
Nature Structural " Molecular Biology doi:10.1038/nsmb.1934
Transcription of functionally related constitutive genes is not coordinated
Saumil J Gandhi,Daniel Zenklusen,Timothée Lionnet" Robert H Singer
Abstract
Expression of an individual gene can vary considerably among genetically identical cells because of stochastic fluctuations in transcription. However, proteins comprising essential complexes or pathways have similar abundances and lower variability. It is not known whether coordination in the expression of subunits of essential complexes occurs at the level of transcription, mRNA abundance or protein expression. To directly measure the level of coordination in the expression of genes, we used highly sensitive fluorescence in situ hybridization (FISH) to count individual mRNAs of functionally related and unrelated genes within single Saccharomyces cerevisiae cells. Our results revealed that transcript levels of temporally induced genes are highly correlated in individual cells. In contrast, transcription of constitutive genes encoding essential subunits of complexes is not coordinated because of stochastic fluctuations. The coordination of these functional complexes therefore must occur post-transcriptionally, and likely post-translationally.
