据美媒4月1日报道，发现60多年后，科学家仍在探索DNA存储和转译生命指令的惊人方式。生命遗传的基石由四种核苷酸——腺嘌呤（A）、胞嘧啶（C）、鸟嘌呤（G）和胸腺嘧啶（T）构成，它们以三个一组的形式（称为密码子）被读取。虽然有些密码子（称为同义密码子）编码相同的氨基酸，但近期研究表明，这些密码子在细胞内的行为不同，特别是当信使核糖核酸（mRNA）富含非最优密码子时。一项新研究发现了细胞用来检测这些密码子差异的潜在机制，这可能对理解细胞分化具有深远影响。
深入探究，生命本质上是由四个字母组成的“字母汤”——即四种核苷酸：腺嘌呤（A）、胞嘧啶（C）、鸟嘌呤（G）和胸腺嘧啶（T）。这些核苷酸形成密码子，通常以三个字母为一组，指示细胞在构建蛋白质时添加哪种氨基酸。在64种可能的密码子组合中，61种编码氨基酸，而三种（UAA、UAG、UGA）则作为终止信号，标志着蛋白质合成的结束。但在某些情况下，多个密码子实际上编码相同的氨基酸，它们被称为“同义密码子”。长期以来，人们认为它们可以互换使用，但近年来这一观念发生了变化。科学家发现，一些同义密码子在帮助mRNA保持稳定和高效翻译方面比其他密码子更有效。例如，如果mRNA包含许多非最优同义密码子，其翻译效率就会降低。直到现在，科学家们还不知道细胞如何确定这一结果的隐藏机制。
在一项发表于《科学》杂志的新研究中，日本京都大学和理研所的研究人员揭示了人类DNA中决定不同同义密码子行为的这一秘密层面。研究人员利用基因编辑技术CRISPR扫描与密码子相关的基因表达，并将发现聚焦于一种特定的RNA结合蛋白——DHX29。在后续实验中，研究团队确定，在没有DHX29的情况下，非最优密码子会积累，这表明该蛋白是调控这一先前未被发现的过程的关键。“这些发现揭示了人类细胞中同义密码子选择与基因表达控制之间的直接分子联系，”京都大学的研究合著者吉永正则（Masanori Yoshinaga）在新闻声明中表示。
当然，问题仍然存在：DHX29蛋白是如何调控这一过程的？为了找到答案，吉永正则和他的团队求助于冷冻电子显微镜技术。这种技术，也称为冷冻电镜，通过快速冷冻样本，然后用电子束探测它们，创建出DNA、RNA、蛋白质、病毒和细胞的3D图像。这是一种特别有效的方法，可以捕捉这些微观结构如何相互作用。在DHX29的情况下，它揭示了该蛋白如何与80S核糖体（人类细胞中负责蛋白质合成的细胞机器）相互作用。结合随后的蛋白质组学分析，冷冻电镜研究揭示，DHX29与正在解码非最优密码子的核糖体结合，并招募一个特定的蛋白质复合物（名为“GIGYF2•4EHP”）来抑制充满这些密码子的mRNA。换句话说，DHX29识别出那些加载了非最优密码子的、转译缓慢的mRNA分子，并标记它们以供处理。“我们一直对细胞如何解读遗传密码中隐藏的信息层感到着迷，”京都大学的研究资深作者竹内治（Osamu Takeuchi）在新闻声明中表示，“因此，发现允许人类细胞读取并响应这一隐藏密码的分子因素，特别令人有成就感。”
考虑到DHX29在细胞分化和癌症发展中发挥作用，揭示人类DNA的这一隐藏层面对于理解这些过程具有深远影响。尽管生命的四种核苷酸构建块看似简单，但科学家们不断发现，它们实际上远非如此。
（原文标题：A Hidden Layer in Your DNA Is Running Your Body）