科学研究 - 【自噬开创的新世界】（四）自噬选择性分解mRNA，有望阐明与疾病的关系

牧野支保
东京工业大学科学技术创成研究院
细胞控制工学研究中心研究员
2020年入选ACT-X研究人员

与各种生命现象有关的蛋白质是根据基因组中记录的遗传信息合成的。东京工业大学科学技术创成研究院细胞控制工学研究中心的牧野支保研究员专注于参与蛋白质合成的信使RNA（mRNA），以便阐明自噬的机理。牧野目前正在ACT-X的“生命与化学”研究领域致力于“自噬选择性分解mRNA的机理研究”。

牧野之前一直在东北大学研究生院研究mRNA的分解机理，在思考取得博士学位后的研究方向时，她看到了东京工业大学的大隅良典特任教授发布的一份令人震惊的报告。“（通过报告）了解到一直被自己作为蛋白质分解机理的自噬还会分解负责遗传信息的RNA，对此她感到非常惊讶”。于是牧野立即与大隅博士取得联系，加入到了他的研究室。

遗传信息是DNA上的碱基序列，其中一部分会被转录到mRNA上，然后被翻译成构成蛋白质的氨基酸序列（图1）。作为蛋白质分解机理之一的自噬会将蛋白质分解为氨基酸。此前已知自噬对蛋白质的分解具有选择性，因此牧野假设自噬对mRNA的分解也存在某种选择性。她培养了在液泡内分解RNA的酶Rny1缺损的芽殖酵母，调查了液泡中没有被自噬分解，而是积累下来的mRNA。由此发现，其中含有大量参与氨基酸生物合成的酶的mRNA。牧野说：“这个结果表明，自噬可能通过分解mRNA调节了氨基酸的量。”

图1：首先，细胞核内发生将DNA碱基序列复制到信使RNA（mRNA）碱基序列上的“转印”。接下来发生细胞质中的核糖体将mRNA的碱基序列替换为蛋白质的氨基酸序列的“翻译”。这种在所有生物中都相同的DNA→RNA→蛋白质过程称为“中心法则”。

另外她发现，已开始进行翻译并与核糖体结合的mRNA容易被分解。翻译时与核糖体的结合程度（由mRNA末端未被翻译成蛋白质的区域决定）会影响分解的容易程度（图2）。这表明，自噬可能通过分解部分mRNA调节了基因的功能，以适应营养饥饿等诱导自噬的环境。

图2：自噬分解mRNA的机理。诱导自噬后，保持与核糖体结合的mRNA被选择性分解。

研究才刚刚起步
做只有自己才能做的事情

目前除mRNA外，牧野还将研究范围扩大到了合成蛋白质时负责将氨基酸转运至核糖体的转运RNA（tRNA）中。她说：“自噬也参与了tRNA的分解，对此颇感兴趣并推进研究”。tRNA的含量高于mRNA，约占细胞内所有RNA的15％。tRNA被认为除翻译外还与各种生理功能和疾病有关，如果研究取得进展的话，还有望用来开发各种相关疾病的治疗药物。

牧野回忆说，迄今为止的研究并非一帆风顺。但即便结果并不令人鼓舞，大隅博士仍会鼓励她说“一定能发现有趣的东西的”，为她提供了莫大的支持。牧野笑着说：“关于自噬选择性分解RNA的机理的研究才刚刚起步。作为一名RNA研究人员，我想做只有我才能完成的研究。”

日语原文

文：JSTnews 11月号
翻译编辑：JST客观日本编辑部