暨大生科院用定量化中心法则进行核酸研究

【资料简介】

 

 

生物遗传中心法则于1958年由克里克提出，然而半个世纪以来，这一过程的定量传递关系一直困扰着科学界，近日暨南大学功能蛋白质研究广东普通高校重点实验室张弓研究员、王通研究员和何庆瑜教授在新研究中建立定量的中心法则，将之前只能定性描述的“中心法则”*次定量化，相关论文发表在2013年3月21日的《核酸研究》（Nucleic Acids Research）上。

 

生物学基本理论之一的“中心法则”于1958年被提出，定性地说明了mRNA通过翻译过程生成蛋白质，但随后55年，这一过程的定量传递关系却一直困扰着科学界。数十年来的研究表明，不同物种中的mRNA丰度和蛋白质丰度普遍相关性较低，R2在0.01-0.50之间。由于某些mRNA分子并不被翻译，早在2001年，Pradet-Balade等人就提出假说：翻译中的mRNA（也就是核糖体-新生肽链复合物中的mRNA，RNC-mRNA）的丰度应该更能反映蛋白质的丰度。然而，随后有限的研究表明，这种二元相关性仍然较低，R2在0.4以下。因此，从mRNA到蛋白质的定量传递关系一直是中心法则没有解决的科学问题。

 

张弓、王通和何庆瑜课题组利用稳态人类细胞进行了相对定量研究，在RNC-mRNA和蛋白质相对丰度之间加入mRNA的长度作为独立的因素，发现RNC-mRNA和蛋白质相对丰度与mRNA的长度之间存在显著的三元对数线性相关定量关系，R2在0.94以上，亦即超过94%的蛋白质的相对丰度可以通过其翻译中RNC-mRNA的相对量和mRNA长度计算获得。这一结果使中心法则中的定量关系难题在相对定量模型中得到初步解决。

 

同时，该研究提出了翻译比率的新概念（translation ratio, TR），即能够进入翻译的mRNA比例，可由RNC-mRNA与总mRNA的比值获得，主要表征着翻译起始的效率。本研究发现，癌症细胞中各种mRNA的TR普遍比正常细胞上调，而且长度越短的基因具越高的TR，表明更容易被翻译。同时，具显著TR改变的基因与肺癌的恶性表型密切相关。

 

该研究在理论上提出中心法则的系统生物学相对定量规律，报道了通过RNC-mRNA预测蛋白质相对丰度变化的新策略，这表明，人类稳态细胞所表达的12000多种蛋白质中的绝大部分相对量可通过该研究提出的三元模型计算获得，实现了用核酸大规模测序技术来研究蛋白质组相对定量信息的目标。同时，TR及其生物学意义的提出，为癌症细胞表型研究、分子机制研究和新治疗策略提供了全新的研究方向。

 

目前该课题组正在利用定量模型对该理论进行更深入的探究，成果将在近期内发表。