文 | 《中国科学报》记者 刁雯蕙 实习生 卜金婷
(相关资料图)
“又不见了！蛋白质到底在哪里？”凌晨2点，谢国辉崩溃的声音从实验室传来。
在过去的三年里，这样的时刻经常上演，谢国辉自己也经历了无数次。但幸运的是，他所有的努力终于取得了令人满意的结果。
近日，南方科技大学博士生谢国辉作为共同第一作者，获得了人生第一篇Science论文。
本研究分析了最后一种结构未知的真核RNA聚合酶——Pol V的功能机制提出了DNA甲基化和基因沉默的工作模型，它通过留在染色质上来招募下游因素。
评论员在评论中指出，该研究发现了最后一个“拼图”，以分析真核生物RNA聚合酶的分子结构。
2019年5月，谢国辉作为科研助理进入南方科技大学教授杜嘉木研究小组，开始研究结构生物学。当时，他对这个领域仍然知之甚少。 “我以前研究过植物病理学，可以说是蛋白质纯化和结构分析的小白。幸运的是，我遇到了一群好老师和好朋友。杜嘉木先生给了我最大的支持和指导。胡宏淼师兄和杜璇师姐带领我进入蛋白质纯化和结构分析的大门。”谢国辉告诉《中国科学报》。 植物会在不同的环境和生长阶段表达和调节自己的基因，有时会沉默一些基因，促进其他基因的表达，以适应其生长环境。例如，在旱灾中，植物会调节自己的一些基因来应对干旱，减少自己的水分蒸发或不再继续生长。 DNA甲基化是杜嘉木研究小组研究的主要方向，是一种重要的基因表达调节方式。DNA甲基化需要一种非常特殊的RNA聚合酶，即Pola V的参与。不同于常规RNA聚合酶合成RNA，Pol V不仅需要合成RNA，还需要停留在染色质上，为其他因素提供“定位”。因此，它是一个矛盾，既需要移动(合成RNA)，又不能移动(停留在染色质上)。 “所以每个人都对Pol感到困惑 V到底是如何发挥作用的？要想进行更详细的研究，就需要进行Pol V结构测量工作，这是我进入研究小组后导师给我的第一个话题。”谢国辉介绍。 当时导师让谢国辉和另一位胡宏淼博士一起探索，揭开Pol V结构上的面纱。 谁承认，这次探索已经三年多了。在此期间，谢国辉改变了身份，于2021年攻读博士学位，手中的这项研究，重量也更加沉重。 谢国辉说：“在一次又一次的失败和崩溃中，我们不断总结经验，通过极少量的样品和想象力，一点一点地探索复合物的性质，最终成功地实现了电镜数据收集和结构分析。”。 2022年12月5日，谢国辉等人以不安的心情投稿，很快收到了审稿人的意见。此外，三位审稿人都非常积极，认为谢国辉等人的研究发现了分析真核生物RNA聚合酶分子结构的最后一个“拼图”。 成千上万的菜枯。在这篇Science论文的背后，我不得不谈论那些失去的花椰菜。 打开手机订单页面，谢国辉好奇地数了数这三年用了多少花菜。结果让他大吃一惊:用了1.5吨花菜！ 为什么选择花椰菜作为实验材料？谢国辉告诉《中国科学报》，“我们研究的Pol V在植物中的含量很低，很难净化，这给我们的早期研究带来了巨大的挑战。在一次学术交流中，中国科学院院士曹晓峰提到，花椰菜可以用来净化蛋白质，这给了我们很大的灵感。” 提取花椰菜蛋白，首先需要切花椰菜花，用液氮冷冻研磨成粉末，加入细胞核提取物，然后提取细胞核，提取和纯化蛋白质复合物，但可以纯化Pol V微乎其微。 谢国辉说：“10公斤花椰菜通常可以提取60克细胞核，然后从60克细胞核中提取蛋白质，最后提取约3微克蛋白质。”。
更疯狂的是，很多时候，在获得细胞核提取物并进行纯化后，蛋白质根本无法识别。”我们将在每一步都进行测试。我们可以看到一开始有Pol V蛋白，然后随着不断的纯化，蛋白质可能会在某一步突然消失，这是我们最头疼的时候，因为影响因素很多，需要逐一调查。”谢国辉无助地说。 在过去的三年里，谢国辉和他的同伴们重复了数百次蛋白质净化的实验过程。在过去的两年里，谢国辉每隔一周就切几十公斤的花椰菜。他把提取的细胞冻在冰箱里，做实验时从里面取出一部分。为此，谢国辉还获得了一个有趣的绰号：花椰菜杀手。 “我不喜欢花椰菜，所以我一点也不吃，但每次我和同学们一起去吃饭，他们都会在我面前点一份干锅花椰菜。”谢国辉回忆起晚餐的场景，忍不住笑了起来。 经过两年多的花椰菜斗智斗勇，谢国辉等人终于获得了一种抗体，可以顺利提取蛋白质，找到了适当的蛋白质提取纯化条件，从而获得了足够的蛋白质，但他们面临着另一个问题。 花菜
“一开始，我们认为只要蛋白质被提取出来，下一个实验就会更容易。但在真正获得蛋白质后，我们发现它的性质与其他聚合酶不同。一旦蛋白质更多，它就会聚集在一起，不适合电镜数据的收集，更不用说分析结构了。”谢国辉说。 因此，谢国辉与在深圳大学攻读博士后的杜轩合作，经过近五个月的调试，最终将聚合蛋白转化为独立颗粒。”由于早期的尝试，我们在后期探索蛋白质更有方向性。” 谢国辉连续做178个小时的实验是正常的。从白天到晚上，从清晨到黄昏，他几乎每时每刻都见过学校。 事实上，在做基础研究时，在实验中经常会遇到不可克服的事情。幸运的是，谢国辉遇到了好的科研领袖杜嘉木教授。 “杜先生在实验设计和实验结果分析方面给了我很多帮助和指导。即使实验不能继续下去，老师也没有给我太大的压力，而是鼓励我先放下主题，调整心态。”谢国辉说。 在蛋白质净化最糟糕的日子里，谢国辉和胡宏淼已经两周多没有做实验了。”我们互相鼓励，回顾实验记录，检查泄漏，填补空白，不断探索，并咨询导师和学生。他们的经验给了我很大的灵感。” 在谢国辉看来，除了运气，他还必须有内部动力来做科学研究。”虽然实验会遇到很多失败，但方法总是比困难更困难。也许正是这种不愿意失败的驱动力使我能够坚持在漫长的科学研究道路上。”谢国辉笑着说。 谈到未来规划，谢国辉告诉《中国科学报》：“现在的成就让我再次坚定了科研信念，更加关注眼前，希望在杜老师的指导下继续前进。” https://www.science.org/doi/10.1126/science.adf8231
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