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科普?qǐng)@地|這個(gè)任勞任怨的郵遞員——信使 RNA(mRNA),你了解嗎?

作者 啟辰生 發(fā)布于 2023-07-06

1920年6月17日——102年前的今天,法國(guó)東北部城市南錫的一個(gè)猶太商人家庭,迎來(lái)了一個(gè)新生命。當(dāng)年他們或許并未想到,這個(gè)新的生命,日后會(huì)在生命科學(xué)領(lǐng)域大放異彩——提出了遺傳學(xué)上的兩個(gè)重要理論概念:信使核糖核酸(mRNA)和操縱子模型。他,就是法國(guó)生物學(xué)家、細(xì)菌遺傳學(xué)家弗朗索瓦·雅各布。

1957年,英國(guó)科學(xué)家弗朗西斯·克里克首次提出了生命體的“中心法則”,即遺傳信息的走向是由脫氧核糖核酸(DNA)傳遞給核糖核酸(RNA),再由RNA傳遞給蛋白質(zhì)。但是,蛋白質(zhì)在細(xì)胞質(zhì)之中,而DNA作為細(xì)胞核內(nèi)的生物大分子,是不可隨意穿越核膜而進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)的。那么,細(xì)胞核內(nèi)的遺傳密碼是怎樣被帶入細(xì)胞質(zhì)中的呢?這,要?dú)w功于任勞任怨的郵遞員——mRNA。

中心法則提出后,1959年,來(lái)自法國(guó)巴斯德研究所的亞瑟·帕迪、弗朗索瓦·雅各布和雅克·莫諾通過(guò)乳糖操縱子實(shí)驗(yàn),推測(cè)遺傳信息從DNA到蛋白質(zhì)之間的轉(zhuǎn)移,可能存在一種容易降解、不穩(wěn)定的信使分子。但是,這種信使分子是什么?當(dāng)時(shí)的他們并不清楚。1961年,雅各布等人經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn),最終捕獲到了這種稍瞬即逝的信使分子。原來(lái)它是一條與DNA互補(bǔ)的RNA分子,被稱為信使RNA。

雅各布等人提出的乳糖操縱子模型是分子遺傳學(xué)的一項(xiàng)重大成就,在生物學(xué)史上具有劃時(shí)代意義,其重要性甚至被有些科學(xué)家認(rèn)為不亞于1953年發(fā)現(xiàn)的DNA雙螺旋分子結(jié)構(gòu)。它開(kāi)創(chuàng)了基因調(diào)控機(jī)制的研究,預(yù)言了mRNA的存在,導(dǎo)致mRNA的證實(shí),為分子遺傳學(xué)理論的建立及認(rèn)清蛋白質(zhì)的合成機(jī)理奠定了基礎(chǔ)。雅各布、莫諾及其導(dǎo)師法國(guó)微生物學(xué)家安德烈·洛夫,因在酶和病毒合成的基因調(diào)控中的開(kāi)創(chuàng)性工作,榮獲了1965年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。

mRNA這個(gè)郵遞員是怎么完成“送信”任務(wù)的呢?

細(xì)胞核中DNA是遺傳信息的“原件”,指揮合成蛋白質(zhì)時(shí),它的雙鏈?zhǔn)紫炔痖_(kāi),以其中一條鏈為模板合成mRNA。mRNA含有與DNA分子中某些功能片段相對(duì)應(yīng)的堿基序列,可作為蛋白質(zhì)生物合成的直接模板。mRNA的遺傳信息保存在核苷酸序列中,由每3個(gè)堿基對(duì)組成的密碼子編碼一個(gè)特定氨基酸。

依據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)原則轉(zhuǎn)錄生成的mRNA,離開(kāi)細(xì)胞核進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)后,就與蛋白質(zhì)裝配機(jī)器——核糖體相結(jié)合,形成蛋白質(zhì)的“生產(chǎn)線”。然后,在搬運(yùn)工——轉(zhuǎn)運(yùn)RNA(tRNA)的帶領(lǐng)下,特定的氨基酸到達(dá)核糖體,與mRNA“對(duì)號(hào)入座”。于是,一個(gè)一個(gè)的氨基酸被不斷地加長(zhǎng),直到完成整條肽鏈的合成。

mRNA發(fā)現(xiàn)60年后的今天,它被用于新冠疫苗的開(kāi)發(fā),并成為當(dāng)今基因治療領(lǐng)域最重要的顛覆性生物技術(shù)之一,這在當(dāng)時(shí)是無(wú)法預(yù)料的。

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