当涉及到根据基因密码控制蛋白质的数量时，细胞有各种各样的工具可供使用:例如，将表观遗传标记附加到基因上可以使其不易被复制成mRNA，或者细胞可以制造或多或少的转录因子来启动这一过程。现在，1月17日发表在《细胞系统》(Cell Systems)杂志上的一篇论文使用了一种新颖的方法来研究一种较少被研究的控制机制:mRNA起始区域的微小变化会影响转录物吸引核糖体的效率，从而影响产生多少蛋白质。
“这项研究使用了一种巧妙的方法来监测核糖体与起始区域的结合”，斯坦福大学的遗传学家玛丽亚·巴纳(Maria Barna)告诉《科学家》杂志。她没有参与这项研究。使用这种方法，研究人员“发现了大量潜在的顺式调控元件，这些元件使基因表达非常多样化，有些甚至超过了1000倍。这是非常令人兴奋和意外的。”
先前的研究已经确定，mrna之间的翻译活性可能不同，并且这些转录本的起始区域的变化，称为5'非翻译区(5'UTRs)，可能与疾病有关。Wendy Gilbert是耶鲁大学的分子生物化学家，也是这项研究的主要作者，她告诉《科学家》杂志说:“长期以来，她一直对信使RNA的5 '端调控信息如何在翻译水平上控制基因表达感兴趣。”她的实验室尝试了几种方法来试图解决这个问题，最终采用了新发表的方法，称为直接分析核糖体靶向(DART)。
对于DART，许多合成的全长5' utr在细胞提取物中孵育，其中含有启动翻译所需的因子，包括核糖体。在5' utr和核糖体混合30分钟后，将混合物离心，使与核糖体结合的5' utr下沉，而较轻的未结合的5' utr漂浮。然后，研究人员对这两个部分的RNA进行测序，最后比较有多少带有给定序列的5' utr成功招募了核糖体，又有多少没有。使用这种方法，吉尔伯特和她的团队发现，5' utr之间的核糖体招募差异高达1000倍，她说，“这是我们多年来一直在做的工作所期望的，我们非常辛苦，一次测试5' utr——但现在我们能够测试10,000个。”
然后，他们使用这种高通量方法来研究二级结构如何影响翻译起始。在不同的5' utr的不同位置插入稳定的茎环结构，他们观察到核糖体的招募受到不同的抑制，这取决于茎环的位置。“有些情况下，将插入位点移动三个核苷酸完全改变了效果:你把它放在一个地方，它就会压扁翻译，这正是我们所期望的。然后你稍微移动一下，现在它就完全不影响翻译了。”吉尔伯特回忆道。在未来的研究中，Gilbert计划使用DART进一步研究翻译起始的规则。
吉尔伯特和她的团队成员，包括博士后雷切尔·尼德勒，也使用DART识别了5'UTR中影响该区域招募核糖体强度的其他特征。一个这样的基序是含有长段核酸尿苷的序列，它刺激核糖体的招募。他们还发现，核糖体招募量较高的5' utr往往具有富含au的序列，而核糖体招募量较低的5' utr具有更多富含c的序列。
巴纳说:“他们已经确定的序列将极大地改变我们从翻译控制中理解特异性的能力。”“这引起了我们对这些尚未得到充分探索的翻译调控因素的关注。”她说，通过证明这些元素“可以对基因表达产生如此深远的影响”，这项研究揭示了“一个控制基因产物如何被打开和关闭的新层面”。
康奈尔大学(Cornell University)的生物学家钱树兵(Shu-Bing Qian)没有参与这项研究，他同意“使用合成序列库来监测核糖体装载是一种聪明的方法。”然而，他在给《科学家》杂志的一封电子邮件中写道，无细胞系统是一个局限性，因为“裂解物中的核糖体装载并不一定反映细胞内的情况”，而且全长mRNA转录物在细胞内的衰变速度也会影响它们的翻译速度。
然而，对于吉尔伯特来说，使用提取物而不是细胞来建立DART是一个深思熟虑的决定，因为她和她的团队试图“分离出mRNA序列对蛋白质生产多个步骤的影响”。由于调控区域可以影响RNA稳定性、RNA定位和核糖体招募，他们希望建立一个系统，在这个系统中，他们可以只测量一步，“并确信我们测量的差异来自一件事，核糖体招募。”
所有与《科学家》杂志谈论这项研究的专家都指出，这项技术在寻找优化mRNA治疗方法(如mRNA疫苗)和提高翻译输出方面具有潜力。
巴纳说:“从RNA治疗的角度来看，寻找这些调节因素也很有兴趣。”