靠自己“逆天改命”?鱿鱼都可以自己定制蛋白啦

 

细胞内信息传递的时效性如何确保?拥有巨型神经细胞轴突的鱿鱼表示,我不传了还不行吗…...



遗传基因(DNA)编码了机体的一切。

在人类的生殖过程中,子代会从父母那里各继承一半的遗传基因。这些遗传基因编码决定了从发色到器官功能的各项性质。我们与基因是紧密联系在一起的

人们曾经认为,在整个动物王国中,一旦基因(DNA)离开细胞核,就无法对转录自DNA的遗传信息(mRNA)进行进一步的编辑。

然而,鱿鱼告诉我们:例外总是有的。

2020年3月发表在《核酸研究》上的研究结果表明,鱿鱼有能力修改它们神经细胞中离开细胞核的mRNA,这种惊人的能力使得鱿鱼能够在特定的位置产生需要的蛋白质,这在其他动物身上从未观察到。

神经元的示意图。科学家之前认为所有mRNA编辑都发生在细胞核的位置。这篇研究发现,在鱿鱼的轴突部位也能局部编辑mRNA | 参考文献 [1]


鱿鱼的神经细胞由胞体树突轴突几个部分组成。这篇研究选用的成年雄性长鳍近海鱿鱼Doryteuthis pealeii )拥有异于常“鱼”的巨型轴突,比一般哺乳动物的轴突大近乎1000倍。可以想象,在如此庞大的神经细胞内,各种蛋白质和分子要想协调合作,难度不亚于管理一个幅员辽阔的国家。

只不过在这片国土上,作为国王发号施令的是神经细胞的细胞核。细胞核会收到来自辽阔疆土内的各种信息,并决策如何针对不同地区,下达不同的政策。比如当“国王”接收到来自轴突的信息,要求增加蛋白质来应对突发状况时,“国王”就会决定让哪位“外派大臣”mRNA去往当地,这将决定mRNA会被翻译合成什么蛋白质,并最终如何解决轴突的紧急情况

但是鱿鱼神经细胞的“国王”也面临一个困境:那就是国家太大了,尤其是这片国土上的“轴突”部位,距离远,面积也大,就算神经细胞内信息传递很快,“国王”也难以保证从“轴突”那里来的信息具有时效性,或许当“外派大臣”mRNA好不容易到了当地,很可能会发现问题已经解决了。
鱿鱼解剖示意图,显示了“巨型轴突”的位置  | 参考文献[1]


于是,一个类似“边疆大臣”般拥有自主决策权的角色应运而生,那就是RNA编辑酶ADAR2(adenosine deaminase that acts on RNA,作用于RNA的腺苷脱氨酶)。

研究者发现这位“边疆大臣”ADAR2出现于细胞核外,可以在远离中枢的轴突上,根据局部情况对遗传信息mRNA进行修改,产生适宜当地的蛋白质。有了ADAR2,在边远地区的轴突要如何修改mRNA就不需要一级一级地去跟“国王”请示了。

更特殊的是,在鱿鱼的轴突上,研究者发现了成千上万个ADAR2编辑位点,占所有位点的70%以上,比中枢的细胞体编辑范围更广,可以说鱿鱼的神经细胞自治程度相当高

没想到,当人类还在探索基因疗法的时候,鱿鱼已经能通过编辑自己的基因,定制自己需要的蛋白质啦。
如果有一天可以定制蛋白质,你最想定制哪款?

比如,消灭脂肪的那款?(误)
作者:媛子

编辑:范可鑫  悲催的铊宝宝

排版:雷颖

题图来源:图虫创意

参考文献:

[1] Blausen.com staff (2014). "Medical gallery of Blausen Medical 2014". WikiJournal of Medicine 1 (2). DOI:10.15347/wjm/2014.010. ISSN 2002-4436.

[2] Vallecillo-Viejo IC, Liscovitch-Brauer N, Diaz Quiroz JF, Montiel-Gonzalez MF, Nemes SE, Rangan KJ, Levinson SR, Eisenberg E, Rosenthal JJC. Spatially regulated editing of genetic information within a neuron. Nucleic Acids Res. 2020 Mar 23. pii: gkaa172. doi: 10.1093/nar/gkaa172.
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