科普园地|这个任劳任怨的邮递员——信使 RNA(mRNA),你了解吗?

作者 启辰生 发布于 2023-07-06
分类:科普园地

1920年6月17日——102年前的今天,法国东北部城市南锡的一个犹太商人家庭,迎来了一个新生命。当年他们或许并未想到,这个新的生命,日后会在生命科学领域大放异彩——提出了遗传学上的两个重要理论概念:信使核糖核酸(mRNA)和操纵子模型。他,就是法国生物学家、细菌遗传学家弗朗索瓦·雅各布。

1957年,英国科学家弗朗西斯·克里克首次提出了生命体的“中心法则”,即遗传信息的走向是由脱氧核糖核酸(DNA)传递给核糖核酸(RNA),再由RNA传递给蛋白质。但是,蛋白质在细胞质之中,而DNA作为细胞核内的生物大分子,是不可随意穿越核膜而进入细胞质的。那么,细胞核内的遗传密码是怎样被带入细胞质中的呢?这,要归功于任劳任怨的邮递员——mRNA。

中心法则提出后,1959年,来自法国巴斯德研究所的亚瑟·帕迪、弗朗索瓦·雅各布和雅克·莫诺通过乳糖操纵子实验,推测遗传信息从DNA到蛋白质之间的转移,可能存在一种容易降解、不稳定的信使分子。但是,这种信使分子是什么?当时的他们并不清楚。1961年,雅各布等人经过反复实验,最终捕获到了这种稍瞬即逝的信使分子。原来它是一条与DNA互补的RNA分子,被称为信使RNA。

雅各布等人提出的乳糖操纵子模型是分子遗传学的一项重大成就,在生物学史上具有划时代意义,其重要性甚至被有些科学家认为不亚于1953年发现的DNA双螺旋分子结构。它开创了基因调控机制的研究,预言了mRNA的存在,导致mRNA的证实,为分子遗传学理论的建立及认清蛋白质的合成机理奠定了基础。雅各布、莫诺及其导师法国微生物学家安德烈·洛夫,因在酶和病毒合成的基因调控中的开创性工作,荣获了1965年诺贝尔生理学或医学奖。

mRNA这个邮递员是怎么完成“送信”任务的呢?

细胞核中DNA是遗传信息的“原件”,指挥合成蛋白质时,它的双链首先拆开,以其中一条链为模板合成mRNA。mRNA含有与DNA分子中某些功能片段相对应的碱基序列,可作为蛋白质生物合成的直接模板。mRNA的遗传信息保存在核苷酸序列中,由每3个碱基对组成的密码子编码一个特定氨基酸。

依据碱基互补配对原则转录生成的mRNA,离开细胞核进入细胞质后,就与蛋白质装配机器——核糖体相结合,形成蛋白质的“生产线”。然后,在搬运工——转运RNA(tRNA)的带领下,特定的氨基酸到达核糖体,与mRNA“对号入座”。于是,一个一个的氨基酸被不断地加长,直到完成整条肽链的合成。

mRNA发现60年后的今天,它被用于新冠疫苗的开发,并成为当今基因治疗领域最重要的颠覆性生物技术之一,这在当时是无法预料的。

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