在蛋白質(zhì)的合成過(guò)程中，RNA翻譯會(huì )影響蛋白質(zhì)的折疊，而蛋白質(zhì)折疊也會(huì )影響RNA的翻譯。

　　在過(guò)去的十年里，我們對細胞內蛋白質(zhì)合成方式的認知取得了快速的增長(cháng)，其中包括蛋白質(zhì)合成的各個(gè)基本步驟：轉運RNA（transferRNA，tRNA）是如何高保真、高速率地對信使RNA（messengerRNA，mRNA）進(jìn)行解碼的；在翻譯過(guò)程中，核糖體是如何從mRNA上的一個(gè)密碼子移動(dòng)到下一個(gè)密碼子的；相應的多肽鏈的合成過(guò)程是如何在mRNA的特定位點(diǎn)上啟動(dòng)和終止的。核糖體顆粒是由RNA和蛋白質(zhì)聚集而成的復合物，分子量為數兆道爾頓。通過(guò)了解核糖體顆粒的結構，我們就能夠從分子水平上詳細地了解mRNA解碼和肽鍵形成的活躍部位，也能夠了解核糖體配體、合成因子及核糖體亞基的活動(dòng)路徑。雖然我們掌握了如此豐富的知識，但是仍然不清楚蛋白質(zhì)產(chǎn)物的命運。蛋白質(zhì)在mRNA翻譯過(guò)程中如何進(jìn)行折疊？蛋白質(zhì)折疊可能會(huì )如何影響mRNA的翻譯？Goldman等人及Kim等人報道了一系列巧妙的生物物理學(xué)方法和生物化學(xué)方法，解決了以上這些問(wèn)題，并且進(jìn)一步加深了人們對共翻譯蛋白質(zhì)折疊（cotranslationalproteinfolding）的理解。

　　在翻譯過(guò)程中，新生蛋白的合成順序是由氨基端延伸到羧基端的。不斷延長(cháng)的多肽鏈穿過(guò)核糖體大亞基中100？的通道（即核糖體輸出通道），釋放到細胞質(zhì)中。肽鏈輸出通道很狹窄，只能容納呈α螺旋結構的多肽鏈。因此，當多肽鏈的特定區域進(jìn)入到細胞質(zhì)中時(shí)，新生蛋白只能夠折疊成三級結構。在體外實(shí)驗中，較短的蛋白質(zhì)結構域可以自發(fā)性地進(jìn)行折疊，且速度非常迅速，折疊的時(shí)間范圍為10-6到10-3秒。而對于分子量較大的蛋白質(zhì)、具有復雜拓撲結構的蛋白質(zhì)或多結構域蛋白質(zhì)而言，折疊過(guò)程將耗費更多的時(shí)間，還需要在蛋白質(zhì)折疊伴侶（chaperone）的輔助下才能完成。由于RNA可以以每秒鐘1到20個(gè)氨基酸的速度來(lái)進(jìn)行翻譯（翻譯速度取決于生物種類(lèi)和外界條件），因此蛋白質(zhì)折疊和RNA翻譯通?？梢栽趨⑴c翻譯的核糖體上同時(shí)進(jìn)行（即共翻譯折疊）。當新生肽鏈從核糖體輸出通道中釋放出來(lái)時(shí)，大量的分子伴侶和蛋白質(zhì)加工因子就會(huì )結合到肽鏈上。因此至關(guān)重要的是：我們應當了解蛋白質(zhì)的合成速度和蛋白質(zhì)折疊過(guò)程之間的關(guān)聯(lián)。

　　新生多肽鏈上存在著(zhù)一些可以使核糖體暫?；蛲Ｖ狗g的序列，這就突出了RNA翻譯和蛋白質(zhì)折疊之間的相互作用。研究者們在大腸桿菌SecM的翻譯過(guò)程中發(fā)現了終止序列。SecM序列是一段具有18個(gè)氨基酸的延伸物。核糖體在翻譯帶有SecM序列的蛋白質(zhì)時(shí)，當SecM序列出現在核糖體輸出通道內的、肽酰tRNA（peptidyltRNA）和通道狹窄收縮區附近的區域時(shí)，核糖體就會(huì )暫?；蛲Ｖ狗g。肽鏈和各個(gè)核糖體元件之間的相互作用會(huì )在某個(gè)精確的位置上延緩并阻斷后續的肽鏈延伸過(guò)程，而在此過(guò)程中，被中止的翻譯復合物將會(huì )進(jìn)入到核糖體的分泌通道中，該通道利用5'-三磷酸腺苷（adenosine5′-triphosphate）水解作用所產(chǎn)生的能量，使蛋白質(zhì)從分泌通道中釋放出來(lái)。這一現象表明，通過(guò)向核糖體中的新生多肽鏈施加外力，就可以緩解受到阻滯的RNA翻譯過(guò)程。這一假說(shuō)得到了一些體內研究的支持。

　　Goldman等人采用一些巧妙的單分子研究方法，明確地證明：通過(guò)向多肽鏈施加外力，就可以緩解被阻滯的RNA翻譯過(guò)程。他們利用光學(xué)捕獲技術(shù)（opticaltrappingtechnology），將附著(zhù)在較大粒子上的分子捕獲下來(lái)，并用強激光束來(lái)處理這些分子，從而能夠測量并改變生物系統所承受的外力。Goldman等人準備了一些翻譯被阻滯的、內有新生肽鏈的核糖體，并用生物素對其進(jìn)行了標記。隨后他們利用一根系鏈，將核糖體結合到具有靜電的微量移液管上，而被生物素標記的新生肽鏈則被連接到聚苯乙烯粒子上。Goldman等人特地為被阻滯的新生肽鏈設計了一個(gè)氨基端鈣調素結構域，該結構域的折疊過(guò)程已經(jīng)被研究得非常透徹。當外力的強度較弱且較穩定時(shí)，鈣調素結構域會(huì )處于半折疊半展開(kāi)的波動(dòng)狀態(tài)。在蛋白質(zhì)的去折疊和重折疊過(guò)程之后，聚苯乙烯粒子就會(huì )離開(kāi)鈣調素結構域，向俘獲區域的中心移動(dòng)，而此時(shí)，鈣調素結構域的波動(dòng)狀態(tài)就會(huì )產(chǎn)生一個(gè)明確的信號。當蛋白質(zhì)折疊過(guò)程重新啟動(dòng)時(shí)，重新啟動(dòng)的RNA翻譯將會(huì )釋放系鏈，從而使研究者們能夠間接地監測RNA翻譯情況以及新生肽鏈所承受的外力。

　　Goldman等人指出，通過(guò)增加新生肽鏈所承受的外力，就能夠緩解由SecM序列所誘導的翻譯阻滯作用。Top7是一種特殊的蛋白質(zhì)，研究者們已經(jīng)明確指出，Top7會(huì )隨著(zhù)外力的變化而發(fā)生折疊-去折疊狀態(tài)的轉變。而Goldman等人隨后則使用Top7來(lái)進(jìn)行研究，探討蛋白質(zhì)在核糖體附近進(jìn)行折疊時(shí)，是否會(huì )產(chǎn)生一種與光學(xué)勢阱相類(lèi)似的定向牽引力。Goldman等人利用體內試驗，測定了熒光蛋白的合成情況；由于熒光蛋白只會(huì )在SecM阻滯作用被緩解的情況下才開(kāi)始進(jìn)行合成，因此Goldman等人的試驗結果表明，如果在核糖體輸出通道附近存在有蛋白質(zhì)折疊區的話(huà)，就會(huì )對被阻滯的核糖體新生肽鏈產(chǎn)生外力，從而重新啟動(dòng)RNA的翻譯過(guò)程（如下圖所示）。為了緩解由SecM所誘導的翻譯阻滯作用，我們應當對新生肽鏈施加至少10pN的外力，而這一強度相當于小片段蛋白質(zhì)結構域在折疊過(guò)程中所產(chǎn)生的力量。

　　解除對mRNA翻譯的阻滯。如圖所示，核糖體具有兩個(gè)亞單位。當核糖體翻譯mRNA上的SecM序列（紅色），并且核糖體輸出通道被氨基酸殘基堵塞時(shí)，RNA翻譯過(guò)程將會(huì )被阻滯。該模型顯示了蛋白質(zhì)在剛剛靠近核糖體輸出通道時(shí)，其折疊過(guò)程將如何產(chǎn)生定向牽引力，來(lái)重新啟動(dòng)RNA的翻譯過(guò)程。

　　Goldman等人的研究結果指明了蛋白質(zhì)的折疊過(guò)程是如何調節RNA翻譯的動(dòng)態(tài)變化的，但是RNA的翻譯速度和新生肽鏈在核糖體內的結合情況是否也能夠控制蛋白質(zhì)的折疊方式呢？研究者們開(kāi)展了越來(lái)越多的體內試驗和體外試驗，來(lái)探討這一問(wèn)題。囊性纖維化跨膜傳導調節蛋白（cysticfibrosistransmembraneconductanceregulator）的錯誤折疊與疾病的發(fā)生有關(guān)。Kim等人通過(guò)化學(xué)方法，將染料分子結合到囊性纖維化跨膜傳導調節蛋白羧基末端的不同殘基上，隨后利用整體熒光共振能量轉移（fluorescenceresonanceenergytransfer，FRET）技術(shù)，研究了氨基端的熒光蛋白與羧基端的染料分子之間的距離。Kim等人測量了附著(zhù)在核糖體（未進(jìn)行翻譯）上的新生肽鏈的整體FRET水平，也測量了以游離狀態(tài)釋放到細胞質(zhì)中的新生肽鏈的整體FRET水平，隨后發(fā)現在蛋白質(zhì)折疊的后期階段，由于多肽鏈的羧基端與氨基端之間會(huì )發(fā)生相互影響，從而延緩了蛋白質(zhì)折疊的進(jìn)程。多肽鏈在核糖體輸出通道中的結合狀態(tài)可以調節這種延緩的蛋白質(zhì)折疊過(guò)程，此外，核糖體外的蛋白質(zhì)結構域的穩定折疊也可以通過(guò)與核糖體產(chǎn)生相互作用，來(lái)調節延緩的蛋白質(zhì)折疊過(guò)程。以上研究結果以及Goldman等人的研究結果均指明了核糖體是如何指導蛋白質(zhì)折疊的。Kim等人也指明了密碼子的使用情況將如何調節翻譯速度和多肽鏈在核糖體輸出通道中的結合狀態(tài)，他們的研究結果符合之前多項研究的預測。

　　Goldman等人和Kim等人的研究結果都清楚地證明了蛋白質(zhì)折疊和RNA翻譯之間是密切耦合的，但是仍然需要開(kāi)展大量的研究來(lái)證實(shí)這一點(diǎn)。利用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)資料，我們就能夠直接揭示蛋白質(zhì)折疊和RNA翻譯過(guò)程是如何相關(guān)聯(lián)的。我們也需要開(kāi)展結構研究，尤其應當利用先進(jìn)的冷凍電子顯微鏡（cryo-electronmicroscopy），來(lái)探索以下問(wèn)題：核糖體是如何與新生肽鏈相互作用，以阻滯RNA翻譯或指導蛋白質(zhì)折疊的？當新生多肽鏈從核糖體中釋放出來(lái)時(shí)，會(huì )有多種因子結合在多肽鏈上，而對這些因子的研究具有額外的生物學(xué)意義，但是也增加了研究的復雜性。這些因子可以對多肽鏈進(jìn)行加工或修飾、引導多肽鏈的折疊、或者將新生蛋白帶入到靶細胞內。如果我們從機制上和結構上來(lái)動(dòng)態(tài)地說(shuō)明它們的功能的話(huà)，將會(huì )極大地豐富我們對RNA翻譯的了解。