图片:尽管有非常相似的氨基酸序列，两种形式的肌动蛋白在体内有不同的作用。宾夕法尼亚大学兽医学院领导的一个团队表明，编码序列的差异……
资料来源:宾夕法尼亚大学
肌动蛋白是普遍存在的，是生命所必需的。在哺乳动物中，每个细胞都表达两种形式，-肌动蛋白和-非肌肉肌动蛋白。尽管有不同的作用，这两种形式几乎是相同的，共享99%的氨基酸序列。
宾夕法尼亚大学兽医学院的安娜·卡什娜及其同事的研究表明，与科学教条相反，并不是氨基酸序列的细微差异决定了这些蛋白质在细胞中的离散功能。相反，它们的核苷酸序列——构成它们的DNA编码序列的“字母”，在两种形式之间相差约13%——负责它们在生物体生存和细胞迁移中的个体角色。
在一项新的研究中，研究人员给出了一个解释:β -肌动蛋白mRNA比-肌动蛋白更快地被翻译成蛋白质。这两种形式都有助于细胞移动，但β -肌动蛋白更快的速率似乎导致细胞更强烈地附着在基质上，减缓细胞移动。
“在全球的哲学层面上，这扩展了我们对遗传密码的理解，”宾夕法尼亚大学兽医学院的生物化学教授、发表在eLife杂志上的这项研究的资深作者卡什纳说。“我们过去认为，核苷酸的作用是编码氨基酸，但现在我们看到，实际上，相同氨基酸序列的蛋白质有不同的转译速率，这导致了它们的功能不同。”
卡什纳用“沉默密码”一词来指代这些核苷酸差异的影响。在早期的工作中，她的团队表明，在小鼠中，编辑氨基酸序列但保持沉默的核苷酸代码可能会导致伽马肌动蛋白在体内的行为类似于贝塔肌动蛋白。正常情况下，缺乏-肌动蛋白的老鼠会在出生前死亡，但研究人员表示，通过对-肌动蛋白基因进行基因编辑，使其具有与-肌动蛋白相同的氨基酸序列，由于核苷酸的差异，老鼠得以存活。
同样发表在eLife上的一篇早期论文的发现激发了这项新工作。在早期的研究中，研究人员发现-肌动蛋白RNA的核糖体密度比-肌动蛋白高得多。核糖体对于从RNA合成蛋白质至关重要，这使得科学家们假设这种蛋白质翻译率的差异可能是伽马肌动蛋白和β肌动蛋白之间不同功能的原因。
为了验证他们的想法，他们使用细胞系在小鼠细胞中只表达-肌动蛋白和-肌动蛋白的编码部分，以及它们的编辑版本:被编辑成与-肌动蛋白具有相同氨基酸序列的-肌动蛋白，反之亦然。
当在伤口愈合实验中进行测试时，研究人员发现，核苷酸序列在决定肌动蛋白促进细胞运动的速度方面至关重要。只表达典型β -肌动蛋白的细胞以典型的速度移动，但表达γ -肌动蛋白的细胞移动速度是一般细胞的两倍。含有编辑过的肌动蛋白的细胞证明这种差异是依赖于核苷酸序列的。经过编辑的β -肌动蛋白使γ蛋白的氨基酸序列像表达γ -肌动蛋白的细胞一样移动，而那些经过编辑的β -肌动蛋白使β -肌动蛋白的氨基酸序列以表达β -肌动蛋白的细胞的速度移动。
这些结果让研究人员感到惊讶，因为他们预计β -肌动蛋白mRNA中更高密度的核糖体可以支持更快的翻译，从而更快的移动。事实上，当他们在单分子水平上测量转译速率时，他们发现-肌动蛋白的转译速度大约是-肌动蛋白的两倍。
“我们原以为更快的翻译意味着更快的移动，”卡什纳说，“但我们的发现并非如此。我们花了很长时间才解释清楚原因。”
他们最终发现，尽管-肌动蛋白的亚基比-肌动蛋白的亚基供应得更快，但这种速度不利于细胞迁移速度。
卡什纳说:“我们发现，供体速度越快，电池与基质的粘附就越好。”“它创造了适当的牵引力，这对正常的迁移是必不可少的。如果供给的速度不够快细胞就不能正常附着并开始滑动。这就解释了我们看似违反直觉的结果。”
卡什纳和他的同事们计划继续探索核苷酸序列的作用，包括为什么进化的力量导致了类似形式的肌动蛋白的产生，以及这种“沉默的密码”是否在其他蛋白质中起作用。
“我们认为这是一个更大事件的一部分，”卡什纳说。“我们相信肌动蛋白并不是唯一有这种行为的蛋白质。人类基因组中有许多蛋白质家族，它们包含由不同基因编码的高度相似的蛋白质。这种无声的密码也可能在这些家庭中起作用。”
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