Cell综述：基因功能的远程调控

一种蛋白的亚细胞位置对于其功能来说至关重要，越来越多的研究表明，mRNA的定位是调控蛋白位置的一个进化上保守的作用机制。要想了解这些作用元件之间的相互作用关系，以及对于基础生物学功能，以及疾病发生的病理学原因，掌握基因功能的远程调控机制，必不可少。

近期来自剑桥大学的几位学者就以“Remote Control of Gene Function by Local Translation”为题，探讨了基因功能远程调控研究领域的一些重要进展，以及基因功能空间调控的即时机制。

在人类和其他生物细胞中，只有一部分的基因在特定的时间处于活化状态，这很大程度上取决于生命的阶段以及细胞的特定职责。细胞利用不同的分子机制来根据需要协调基因激活和失活。遮盖基因阻止其激活或是暴露它们以供利用，都是科学家们希望能深入了解的方面。

mRNAs在亚细胞结构中的转运，以及其后的翻译都需要特殊的定位信号，这是调控蛋白位置的一个进化上保守的作用机制。即时性的合成能给蛋白加上新的信号特征，帮助维持该处蛋白质组的动态平衡。因此同地翻译就在许多方面发挥了重要作用，比如远端神经元隔离，而RNA定位和翻译的失调，也会令神经元分布和存活出现紊乱。

2012年，新泽西医学和牙科大学等处的研究人员发现轴突尖端和神经元的突触信号传输过程中涉及的蛋白以前体形式（信使RNA或mRNA）传输，这种传输对脊椎延伸中神经信号的单一传输是必需的。

研究指出这些mRNAs以单个文件形式传输，每个颗粒只表达一种mRNA。尽管单程运输多个mRNAs可能看起来更高效，但这可能利于神经元突触的形成和神经运作所需要的灵活性。

这不仅表明了解这些mRNAs是如何被运送到神经突触中，可能有助于科学家解开记忆产生的奥秘，而且这也指出了基因远程调控的一种作用机制。

今年哈佛大学的研究人员采用了一种新技术，在完整细胞中同时确定数以千计mRNAs和其他类型RNAs的定位——测定碱基序列来鉴别它们，并揭示出它们在做什么。

研究人员尝试在细胞中固定RNA，生成包含许多复制DNA的小球，然后采用新一代DNA测序，使之在固定细胞中起作用。4种闪光颜色可揭示每种复制DNA的碱基序列，告诉他们匹配RNA的碱基序列。这些序列理论上可提供无限数量的独特地址——一个原始RNA一个地址。

通过这样全面检测细胞内的基因表达，研究人员能够指出在诸如大脑一类的复杂组织中现在看不到的许多重要差异。这将有助于我们了解组织的形成以及在健康和疾病状态中的功能机制。

此外今年1月，发表在Science上的一篇论文也分析了编码蛋白的mRNA位置，他们开发出了一种小鼠模型，在这一模型中他们给所有编码β-actin蛋白的信使RNA(mRNA)带上了荧光标记。β-actin是一种大量存在于大脑神经元中的重要结构蛋白，是记忆形成的一个关键作用因子。

研究人员发现β-actin mRNA分子刚在海马神经元细胞核中形成，就移动到了细胞质中，这些mRNAs被包装成颗粒，因此不能生成蛋白质。他们随后看到刺激神经元导致了这些颗粒分解，因此这些mRNA分子暴露出来，可用于合成β-actin蛋白。

这些研究结果都有助于我们进一步探索RNA定位的基因功能远程调控作用，解决了这些问题，也许我们对于大脑这个复杂机器的认识又能上一个台阶。