你知道蛋白质组与转录组相关性差的原因吗 | 翻译组

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在细胞内存在着成千上万种不同的蛋白质，几乎所有生命活动的执行都离不开它。我们都知道，蛋白质是从mRNA翻译而来（图1）。然而，做过转录组和蛋白质组的人，常会困扰于下面的状况：

1）明明这个基因在处理组是上调（或下调）的，可用iTRAQ定量后发现对应的蛋白却是相反变化的或是差异不显著的？

2）这个基因在处理组中是有显著差异变化的，而且表达水平较高，可却没在蛋白质组数据中找到对应的蛋白？

3）转录组与蛋白质组的整体相关性总比预期低得多？

问题出在哪儿？实验上？数据分析上？都不是。

图1 遗传信息从基因组传递到蛋白质组

真正的原因在于，从转录组到蛋白质组要经历一个复杂且精细的调控阶段，这个调控不是我们常说的转录后调控，而是翻译调控（Translation Regulation）。早在2011年Nature上的一项研究就指出，细胞中的蛋白丰度主要由翻译水平控制，蛋白无论在半衰期、合成速率、还是数量上都与mRNA存在明显的差异（图2）^[1]。翻译并不是简单地把mRNA的信息照搬照抄，而是对这些信息进行了全局且精细地再编排。这种编排的直接结果是，转录本丰度≠蛋白质丰度。蛋白质组与转录组的槽糕相关性原来是翻译调控惹的“祸”。而且翻译调控的作用远不止这样，比如翻译速度会决定蛋白质的折叠构象，更可能决定蛋白质的定位与功能；翻译起始效率可以决定蛋白质的产量及其所对应的细胞表型等等。

图2 蛋白质比mRNA具有更长的半衰期，更高数量级的丰度

a.mRNA的平均细胞半衰期中位数是9h，而蛋白质的高达46h

b.mRNA在细胞内平均拷贝数的中位数是17，而蛋白质的高达16,000

对翻译调控的研究即为翻译组学（translatome）。广义的翻译组指直接参与翻译过程的所有元件，包括但不限于核糖体、正在翻译的mRNA(translating mRNA)、tRNA、调控性RNA(如miRNA、 lncRNA等)、新生肽链(nascent polypeptide chain)、各种翻译因子等；狭义的翻译组特指正在翻译的mRNA（图3）。对翻译组的研究，会帮助我们

1）解开翻译调控的复杂机制，

2）发现未知蛋白质（包括漏检蛋白和一些非编码RNA编码的蛋白）,

3）更好地解释和衔接转录组与蛋白质组的结果等等。

图3 翻译组的构成元件

采用翻译组测序又称核糖体印记测序（Ribosome profiling，或Ribo-seq），可以对正在翻译的mRNA进行检测[2]。Ribosome profiling是针对与核糖体结合，长度约为30nt，正在翻译的mRNA片段进行富集、测序和定量（图4）。据此获取每种转录本上核糖体的分布，并可推测起始密码子位置(包括非ATG起始)以及uORFs等信息。

图4 Ribosome profiling vs mRNA sequencing

翻译组是衔接转录组与蛋白质组的关键一环，我们将从多个角度为大家揭开她的神秘面纱。下一期介绍几种翻译组的检测方法和各自的特点。

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参考文献

1.  Schwanhausser B, Busse D, Li N, et al. Global quantifcation of mammalian gene expression control. Nature, 2011, 473(7347): 337-342.

2.  Ingolia NT, Ghaemmaghami S, Newman JR, et al. Genome-wide analysis in vivo of translation with nucleotide resolution using ribosome profling. Science, 2009, 324(5924): 218-223.