著名学者庄小威eLife发表新成果

 在真核细胞中，转录组的空间组织已经成为调节RNA转录后命运的一种有力手段；然而，原核生物是否使用RNA空间组织作为一种转录后调控机制，尚不清楚。5月20日，哈佛大学霍华德休斯医学研究所的华裔女科学家、美国科学学院院士庄小威带领的研究小组，在国际著名学术期刊《eLife》发表题为“Spatial organization shapes the turnover of a bacterial transcriptome”的研究成果。这项研究使用超高分辨率显微镜来影像大肠杆菌转录组，并观察到了RNA的全基因组空间组织。

mRNA分子编码的蛋白质，是细胞生存和发展所必需的。因此，一个细胞内mRNA的数量，对于确定一个细胞含有的蛋白质的数量和类型，以及细胞的行为，起着至关重要的作用。

现已证明，在真核生物中，比如人类，不仅仅是mRNA的数量影响着细胞的行为，而且还与mRNA分子在细胞内的位置有关。然而，长期以来人们认为，在细菌中——比人类细胞小得多，一个mRNA在细胞内的位置并不影响其行为。尽管如此，最近有科学家对少量的细菌mRNAs进行了研究，发现一些这样的小分子以比平常多的数量，存在于细胞内某些位置。这表明，位置可能影响一些细菌mRNAs的活性。但是，类似的定位模式是否发生在细菌产生的成千上万个不同mRNA中呢？

为了解决这个问题，庄小威带领的研究小组开发出一种方法，可影像细菌中大量已定义的mRNAs。使用这一方法来研究大肠杆菌，研究人员发现，细菌产生的所有mRNA中，有相当一部分将自己定位在细胞内的特定位置。例如，一些停留在细胞内膜的蛋白质的编码mRNAs，也较多地存在于这层膜上。这种定位也在这些mRNAs的生命中起着重要的作用，因为它们比在细胞其他位置更快的被降解。这种增强的降解率，部分原因是因为分解mRNA分子的酶，也存在于膜上。

因此，细菌可能通过控制mRNA在细胞内的位置，塑造了mRNA被制成蛋白质的过程。接下来是要弄清，为什么细菌会使用细胞位置来影响mRNA降解的速度？

研究人员进一步证明，信号识别颗粒（SRP）所识别的信号肽的共翻译插入，是内膜蛋白mRNA的这种膜定位的原因。为了探讨这种转录组级别的组织的生理学后果，研究人员使用时间分辨率的下一代测序，来检测mRNA的寿命，发现与编码外膜蛋白、细胞质和周质蛋白的mRNAs相比，编码内膜蛋白的mRNA选择性的变得不稳定。

最后，为了阐明这种选择性不稳定的潜在机制，研究人员影像了大肠杆菌中与RNA处理相关的所有酶的分布，并观察到，RNA降解体的成员富集在膜上。一个遗传干扰——将这些酶从膜上去除，可优先稳定编码内膜蛋白的mRNAs，从而表明，它们与膜结合RNA降解体的靠近，可能是这些mRNAs天然去稳定的原因。