生殖细胞内的“金库”提供的不仅仅是安全保护

母体信使核糖核酸（mRNAs）位于未成熟卵子的细胞质内，对跳跃式发育至关重要。受精后，这些信使核糖核酸被传递到受精卵上，受精卵是第一个新形成的细胞

从母体DNA遗传密码中读取后，它们是早期发育所必需的蛋白质生产的唯一模板，直到受精卵自身的基因变得活跃并接管

许多母体信使核糖核酸储存在核糖核蛋白（RNP）颗粒中，RNP颗粒是卵子和发育中胚胎中的一种无膜隔室或凝聚物

这些颗粒被认为可以将信使核糖核酸保持在“暂停”状态，直到卵细胞受精后的特定发育过程需要编码的蛋白质。然后，某些发育信号启动，指示RNP颗粒释放储存的信使核糖核酸，从而将指令转化为功能蛋白

在胚胎种质中发现了一种称为生殖颗粒的RNP颗粒，这是一个产生生殖细胞的细胞质区域，生殖细胞成为成年苍蝇的卵子或精子。怀特黑德研究所所长Ruth Lehmann研究生殖细胞如何形成并跨代传递其遗传信息。她的实验室对了解胚胎中的生殖颗粒如何定位和调节母体信使核糖核酸特别感兴趣

现在，Lehmann和研究生陈若宇及其同事发现，果蝇（果蝇）的生殖颗粒的作用不仅仅是保护母体信使核糖核酸

他们于7月4日发表在《自然细胞生物学》杂志上的研究结果表明，生殖颗粒在翻译或将一种称为纳米的特定母体信使核糖核酸转化为蛋白质方面也发挥着积极作用，这种信使核糖核酸对指定生殖细胞和生物体腹部至关重要

“传统上，科学家们认为RNP颗粒是翻译的死区，”陈说。“但通过高分辨率成像，我们对这一概念提出了质疑，并表明这些颗粒的表面实际上是纳米信使核糖核酸翻译的平台。”

RNP颗粒起着拱顶的作用

在发育中的胚胎中，各种命运决定蛋白决定了细胞在完全形成的身体中是否会变成肌肉、神经或皮肤细胞。Nanos是一种在果蝇和人类中具有保守功能的基因，它指导Nanos蛋白的产生，指导细胞发育成种系。纳米基因的突变导致动物不育

在胚胎早期发育过程中，Nanos蛋白也有助于建立果蝇胚胎的身体计划——它指定了后端或腹部区域，并引导组织沿着身体长度从头部到尾部的有序发育。在Nanos功能受损的胚胎中，后果是致命的

陈说：“当纳米蛋白不能正常发挥作用时，果蝇的胚胎就会很短。”。“这是因为胚胎没有腹部，腹部基本上是其身体的一半。Nanos还有第二种功能，从苍蝇到人类都是保守的。这种功能是非常局部的，指示含有大量Nanos的细胞成为生殖细胞。”

鉴于Nanos的重要作用，胚胎必须保护其生产指令，直到胚胎达到特定的发育阶段，即确定后部区域的时候。先前的研究表明，种质和生殖细胞中的生殖颗粒可以起到拱顶的作用，保护纳米信使核糖核酸不被降解或过早翻译

然而，尽管构建蛋白质的信使核糖核酸指令分布在整个胚胎中，但Nanos蛋白质仅在生殖颗粒所在的区域发现。信使核糖核酸不会在胚胎的其他地方被翻译，因为一种名为Smaug的调节蛋白，以J·R·R·托尔金1937年的小说《霍比特人》中描绘的金龙命名。

Smaug与信使核糖核酸的一个非蛋白编码段结合，称为3'非翻译区（3'UTR），延伸到蛋白质编码序列之外，有效地抑制了翻译过程

对于Lehmann、Chen和他们的同事来说，这暗示了纳米信使核糖核酸和细菌颗粒之间的有趣关系。这些颗粒对将纳米信使核糖核酸转化为功能蛋白至关重要吗？如果它们是，它们的作用主要是作为一个安全的地方来躲避Smaug的抑制，还是它们也积极促进纳米信使核糖核酸的翻译

为了回答这些问题，研究人员将高分辨率成像与一种名为SunTag系统的技术相结合，在单分子水平上直接可视化果蝇生殖颗粒内纳米信使核糖核酸的翻译

与使用单个荧光分子的绿色荧光蛋白标记不同，SunTag系统允许科学家为扩增的信号招募多个GFP拷贝。首先，一种被称为SunTag的小蛋白质标签与纳米信使核糖核酸的蛋白质产生区融合。

当信使核糖核酸指令进行翻译时，GFP分子粘附在新合成的SunTag纳米蛋白质上，产生明亮的荧光信号。用专门标记信使核糖核酸的荧光探针覆盖这种翻译信号，使研究人员能够准确地观察和跟踪翻译过程发生的时间和地点

陈说：“使用这个系统，我们发现当纳米信使核糖核酸被翻译时，它会像蛇从盒子里窥视一样从颗粒表面稍微突出。”。“但它们不能完全出现；它们序列的一部分，特别是它们的‘后’端，3'UTR，仍然隐藏在颗粒内。当RNA没有被翻译时，就像在卵子发生过程中一样，尖端向后卷曲并隐藏在颗粒中。”

通过他们的高分辨率SunTag成像技术，Lehmann、Chen和他们的同事直接为其他研究人员的工作添加了类似的观察结果：翻译过程中的信使核糖核酸处于扩展配置，而当信使核糖核酸被抑制时，5'UTR卷曲回3'UTR

翻转纳米翻译

然后，研究人员进一步研究了这些颗粒如何帮助启动翻译，而Smaug能够抑制相同的纳米信使核糖核酸分子在胚胎的其他区域翻译

他们假设纳米信使核糖核酸的未翻译区（UTR）仍然隐藏在颗粒内，通过将信使核糖核酸指令定位在生殖细胞颗粒内，可能在翻译过程中发挥关键作用。他们推测，这种定位可以保护信使核糖核酸免受Smaug的抑制作用，并促进Nanos蛋白的产生，因此后部区域可以正常发育

然而，与简单的保护模型相反，他们发现Smaug在细菌颗粒中富集，而不是被耗尽，这表明RNP颗粒中的其他机制必须抵消Smaug的抑制作用。为了探索这一点，研究人员转向了另一种称为Oskar的调节蛋白，已知它与Smaug相互作用

Lehmann在1986年的一项研究中发现，并以德国小说《铁皮鼓》中的一个角色命名，已知果蝇的Oskar基因有助于后部区域的发育。后来的研究表明，在卵母细胞的发育过程中，Oskar作为支架蛋白，启动生殖细胞中生殖颗粒的形成，并将包括纳米颗粒在内的信使核糖核酸分子导向颗粒

为了更深入地了解Oskar在生殖颗粒翻译调控中的全部作用及其与Smaug的相互作用，研究人员设计了Oskar蛋白的修饰版本。这种改变的Oskar蛋白保留了其启动细菌颗粒形成并在其中定位纳米mRNA的能力。然而，Smaug不再局限于这种改变的Oskar组装的细菌颗粒

研究人员随后研究了突变蛋白是否对纳米信使核糖核酸的翻译有任何影响。在含有这种突变型Oskar的生殖细胞中，研究人员发现纳米信使核糖核酸的翻译显著减少。

这些发现相结合，表明Oskar通过将Smaug募集到颗粒中，然后抵消其对翻译的抑制来调节果蝇胚胎中的纳米翻译

麻省理工学院生物学教授Lehmann说：“几乎每个细胞的细胞质中都存在由RNA和蛋白质组成的凝液，它们被认为是信使核糖核酸储存或转运的媒介。”

“但我们的研究结果为凝析物生物学提供了新的见解，表明凝析物也可用于特异性翻译储存的信使核糖核酸。”

事实上，在卵母细胞中，生殖颗粒是沉默的，只有在卵子受精时才被激活

Lehmann补充道：“这表明，在早期开发过程中，可能还有其他‘开关’控制着冷凝物中的翻译。”。“这是如何实现的，以及我们是否可以在这些颗粒和其他颗粒中随意实现这一点，这是未来的问题。”