年4月29日,年度未来女科学家计划入选者名单出炉,未来女科学家计划致力于发现和培养处于博士或博士后研究阶段、从事基础科学或生命科学领域研究,具有较强科研能力和发展潜力的女科技工作者。
今天我们就来聊聊其中入围的白蕊,这位国产的90后科学家在小小的年纪就已经做出了卓越的成就,可以说未来不可限量,我们一起来看看她究竟做出了什么样的成就吧。
兴趣可以说永远是最好的老师,年出生的白蕊被高中生物学老师讲授的生物学知识所影响,自此对生物学十分痴迷,白蕊由此考上了武汉大学生命科学学院生物学基地班。年9月,凭借专业排名第一的优异成绩,白蕊更是被保送到了清华大学生命科学学院,师从施一公教授。施一公教授在对冷冻电镜的研究方面可以说是全球超一流的科学家。
而凭借着自己的努力与在生物学方面的天赋,进入施一公教授实验室不到半年,白蕊就成为了课题组的骨干成员,从此踏上了研究剪接体结构与机理的征途。
剪接体是指进行RNA剪接时形成的多组分复合物,主要是由小分子的核RNA和蛋白质组成。RNA是指核糖核酸,存在于生物细胞以及部分病*、类病*中的遗传信息载体。一直以来,对剪接体的结构解析是分子生物学里最热门的研究之一,然而剪接体具有高度复杂的结构,其结构解析的难度普遍认为高于RNA聚合酶和核糖体,从而令众多科学家望而却步。
施一公团队在剪接体研究上是领先于全世界的,年8月21日,著名期刊《科学》刊登了施一公研究组关于剪接体分子结构和机理研究的论文《3.6埃的酵母剪接体结构》和《前体信使RNA剪接的结构基础》。该项突破性的进展被科学界评论为“中国科学家近几十年来对科学的最重大的贡献之一”。
信使RNA被剪切、连接的原子模型其中RNA是DNA到蛋白质之间的重要媒介,而遗传信息从DNA转移到RNA之后,通过进行无效信息的「剪断」与有效信息的重新「拼接」,最终实现真核生物基因表达调控的目的,这叫做RNA剪接。RNA剪接就是从DNA模板链转录出的最初转录产物中除去内含子,并将外显子连接起来形成一个连续的RNA分子的过程。
RNA剪接普遍存在于真核生物中,随着物种的进化,含有内含子的基因数量增加,发生RNA剪接的频率也相应增高,使得一个基因编码多个蛋白质成为可能,极大的丰富了真核生物蛋白质的多样性。
RNA剪接可纠正某些基因的移码突变,是有机体应付有害突变的一种手段。还可为某些基因转录产物构建或删除起始密码子或终止密码子,以控制基因的翻译。能以增减核苷酸的方式扩充遗传信息。
据了解,人类35%的遗传紊乱及多种癌症均与某些基因的错误剪接、剪接体蛋白组分的突变及剪接体的错误调控有关,剪接体催化过程中结构的严重缺失使剪接体成为了亟待解决的课题之一。
RNA剪接体工作原理由于剪接体的高度动态性,RNA剪接的清晰结构和复杂机理迟迟没有被攻克,被公认为是结构生物学的世界级难题。
年由于冷冻电镜技术的突破,证实冷冻电镜可以用于解析重要小分子的结构,这可以说为剪接体结构解析提供了技术支持。冷冻电镜是用于扫描电镜的超低温冷冻制样及传输技术,可实现直接观察液体、半液体及对电子束敏感的样品,如生物、高分子材料等。
在对RNA剪接的研究中,白蕊意识到,从细胞内源直接提取的剪接体多是构象相对稳定的状态,而剪接体的瞬变状态对理解RNA剪接的分子机制更为重要。
所以白蕊决定转向研究瞬变状态的剪接体结构。因为处于瞬变状态的剪接体丰度极低,也很不稳定,无法直接从细胞中分离出来,所以从事这方面研究的科学家很少,也基本上没有什么专业文献可供参考。因而对瞬变状态的剪接体结构研究被结构生物学领域内的同行们认为是全面解析剪接体功能的一大瓶颈。
两个月内白蕊阅读了大量的文献,白蕊发现可以通过在细胞内改造某些RNA剪接过程中的关键蛋白,使得剪接体在细胞内被阻隔在某些特定状态,便于突破剪接体领域的瓶颈。然而,新的问题又来了——在细胞内过表达这些关键蛋白的失活体,细胞不能正常生长了。
所以白蕊开始寻找既不会影响细胞生长又能将剪接体阻碍在某种瞬变状态的关键蛋白失活体。经过了多次实验,白蕊终于解决了这个关键问题,首次成功解析了世界上被认为难以捕捉的瞬变状态剪接体post-catalyticspliceosome(催化后剪接体),并以第一作者的身份在美国《细胞》杂志上发表了该重大成果。
这项发现在领域内引起了不小的轰动,并为该领域长达数年的猜想与争论提供了最有效的证据。白蕊开始在全球科学界崭露头角,要知道,92年出生的她那个时候才24岁左右。
后来,在导师施一公的鼓励下,白蕊又向世界级难题——分子量最大的剪接体pre-B