真核細胞核糖體真的只有兩種嗎？

　　一種名叫核糖體的細胞器可生產蛋白質。過去許多研究學者認為，核糖體之間不存在差別，任意一個核糖體能制造體內任何蛋白。6月15日一篇挑釁性文章表明，有一些核糖體只生產專門產品，其他蛋白質生產概不負責！

　　生物學家們爭論不休，到底核糖體有沒有“術業”分工？在這篇《Molecular Cell》文章發表以前，人們一直拿不出實在證據。

　　如今，依靠復雜的分析技術，研究人員幾乎終結了這場討論。“核糖體是分子生物學研究的重要執行者，這確實重新定義了我們對核糖體的認識。”馬里蘭大學分子生物學家Jonathan Dinman（非本文作者）說。“專屬工廠”還有一個重要功能，幫助細胞整體調控蛋白質生產。這項發現有助于人們理解一些令人費解的疾病癥狀。

　　哺乳動物細胞可容納多達1000萬個核糖體。細胞核糖體由RNA和80多種蛋白質組成，它們將60%能量用于自身結構建設。核糖體造價雖然“昂貴”，但是它們能把攜帶遺傳密碼的信使RNA（mRNA）轉化成細胞所需的蛋白質。“生命演化全指望核糖體呢，”Dinman如是說。

　　標準觀點是，核糖體對mRNA的“口味”沒有偏見，所以無論什么遺傳密碼都能給翻譯成蛋白質。

　　2011年，斯坦福大學發育生物學家Maria Barna等人就曾發表文章（Ribosome-Mediated Specificity in Hox mRNA Translation and Vertebrate Tissue Patterning. Cell； Volume 145, Issue 3, p383–397, 29 April 2011）報道，細胞內某種核糖體蛋白含量明顯少的老鼠不僅尾巴短、肋骨長肋芽，而且還有其他解剖缺陷。當時科學家們猜測造成這種異常模式的原因，可能是缺少核糖體蛋白質致殘了某種特殊核糖體，而該種核糖體負責生產胚胎發育關鍵蛋白。

　　但是Barna課題組在接下來幾年一直沒找到支持這一觀點的確鑿證據。

　　“在這一領域取得進展十分困難，”加州伯克利大學結構和系統生物學家Jamie Cate評價道。“第一個障礙就是測量胞內天然核糖體蛋白質濃度。”

　　這篇最新文章提到了一種新方法，Barna團隊用“選擇反應監測（selected reaction monitoring）”法成功鑒定了各種核糖體蛋白峰度。該方法基于一種質譜技術，用分子量大小篩選不同分子。研究人員分析了小鼠胚胎干細胞中15種核糖體蛋白，發現9種蛋白在所有核糖體中水平一致，4種蛋白在大約30-40%核糖體中檢測不到。這表明，核糖體之間存在區別。

　　科學家們進一步用基于另一種質譜技術的方法，分別檢測了76種核糖體蛋白質含量，發現7種蛋白質水平變化格外顯著，足以表明一些核糖體確實特化了。

　　接下來，Barna和同事們想嘗試識別一下特化了的核糖體。他們使用一種被稱為“核糖體圖譜（ribosome profiling）”的技術，該技術能精確地告訴科學家們，細胞器讀取了哪些mRNA，從mRNA入手推測終端蛋白質產物。 《Science》報道人類亞細胞蛋白質圖譜現已完工

　　研究人員發現，特化核糖體通常負責生產一組共同執行特定任務的蛋白質。例如，其中1種特化核糖體建造幾種生長控制蛋白，另一種生產維生素B12代謝蛋白。令研究小組感到更驚訝的是，所有特化核糖體都在生產特殊任務關鍵蛋白！Barna說：“誰能想到它們竟然如此重要。”

　　一些罕見疾病癥狀被統稱為核糖體壓癥（ribosomopathies），例如鐮刀型細胞貧血，表現為骨髓新生血細胞缺陷，但是患者也經常伴有小頭畸形、缺少手指或其他出生畸形。研究人員認為，這些看似不相關的異常可能原因只有一個：胚胎發育過程中，某些不同身體器官的組成細胞攜帶相同的特化核糖體，一旦特化核糖體出錯，會同時牽連幾個部位。

　　正常細胞能調整特化蛋白質加工廠數量，從而調節蛋白質產量。“我們發現了一個新的基因表達控制層，”Barna說。“為什么細胞需要這么多基因表達調控機制呢？目前還不好說明，但是可以肯定的是，這些機制能讓細胞在變化環境中保持穩定。”

　　雖然這篇文章使用了最先進的技術，得出了令人信服的結果，但是懷疑的聲音依然存在。加州大學圣塔克魯茲分校的分子生物學家Harry Noller提出了他的疑問：“眾所周知，細胞為了合成核糖體消耗巨大。與創建特殊核糖體相比，細胞還有更便宜的選擇，比如修飾或裁剪一個通用核糖體，使其變為生產特殊蛋白質的核糖體。”