迎接“結構生物學的終極挑戰”
萬蕊雪依然清楚記得,2013年春節一過,她就從廣州中山大學趕到北京,到結構生物學家、清華大學教授施一公的實驗室做畢業設計——離自己的夢想又近了一步。少年時代,萬蕊雪就立下志願:長大後當一名科學家,通過自己的研究去幫助更多的人!
進入施一公實驗室後,在師姐周麗君的指導下,虛心好學的萬蕊雪進步非常快。她很快養成了良好的邏輯思維訓練能力,能有條不紊地安排實驗,實驗技巧也日益嫻熟。開組會時,她對實驗設計、結果分析等提出的意見、建議,讓老師和同學們刮目相看。儘管每天早出晚歸、很忙很累,她不僅沒有覺得苦,反而感覺很開心。
2013年秋季學期開學後,萬蕊雪正式成為施一公的直博研究生。在老師的指導下,她致力於結構生物學領域的剪接體研究。
萬蕊雪告訴記者,所謂結構生物學,就是用晶體衍射、核磁共振波譜學、冷凍電鏡技術等物理學方法,輔之以生物化學和分子生物學方法,從分子乃至原子分辨率的水平上揭示細胞內的蛋白質、核酸、多糖等生物大分子的三維結構,進而探究其功能和工作機理。
生命科學領域有一個著名的“中心法則”,描述存儲在DNA(脫氧核糖核酸)裡的遺傳信息轉化為具有各種結構、執行不同功能的蛋白質的過程。這個過程是遺傳信息的表達、傳遞過程,也是生命體中最重要的活動。植物、動物、人等有細胞核的生物,其遺傳信息傳遞過程可分為三步:第一步是轉錄,即遺傳信息從DNA傳遞到pre-mRNA(前體信使核糖核酸);第二步是RNA剪接;第三步是翻譯,即剪接後成熟的mRNA(信使核糖核酸)指導合成蛋白質。這三個步驟,分別由RNA聚合酶、剪接體和核糖體來完成。
“剪接體是催化RNA剪接的重要分子機器,由幾十到幾百種蛋白質和5條RNA動態組合而成,被稱作‘細胞裡最複雜的超大分子復合物’。”萬蕊雪進一步解釋,要想正確去除一個內含子(不含有效信息的蛋白質片段),並連接外顯子(含有有效信息的蛋白質片段),剪接體不僅首先要在pre-mRNA上精準地找到需要剪接的位點,還要變換10多個狀態才能完成這一過程,其複雜程度超乎想象。她介紹,“每一條前體信使的RNA剪接在時間和空間上都非常精準,一步搞錯,基因的表達和傳遞就會出錯。現有研究發現,人類的遺傳疾病中,大約有35%是剪接異常或剪接體突變造成的。”
“在‘中心法則’的三個步驟中,第一步的轉錄和第三步的翻譯,此前科學家已經基本研究清楚。而中間的RNA剪接,全世界的科學家搞了幾十年都沒有攻克。”萬蕊雪說,“因此,解析剪接體的三維結構,被稱為結構生物學的終極挑戰。” |