背景
蛋白质是多肽链组成的三位结构，多肽链的氨基酸序列由DNA密码书写，编写多肽链的过程发生在核糖体，它们被称为蛋白质合成机器。根据遗传密码，来自DNA拷贝序列的信使RNA逐个聚合氨基酸分子，直到整条链的终点才从核糖体上脱离。
 
核糖体合成蛋白质的过程被称为“翻译”，所以生物体的所有蛋白质都是通过翻译产生的。过去人们曾认为，翻译过程中，一条新生链（nascent chains）的产生是连续不间断的。直到最近，东京科技（Tokyo Tech）的Hideki Taguchi和京都产业（Kyoto Sangyo）大学的Koreaki Ito研究团队才发现，翻译速度实际上非常起伏不定，一些特殊的新生链氨基酸序列作用于核糖体后，会拖慢翻译速度。
 
研究成果概述
课题组采用重组大肠杆菌无细胞翻译系统翻译一组具有10个特殊氨基酸序列（天冬氨酸和谷氨酸）或序列中酸性氨基酸和脯氨酸交替连接的蛋白质。当核糖体翻译到这些特殊序列时，就会产生明显的中途停顿。被含有这些序列的新生链所影响的结果是：核糖体变得不稳定了。研究人员把这种事件命名为“内在核糖体失稳（intrinsic ribosome destabilization，IRD）”。
 
它直接导致核糖体分裂成大大小小的亚基（如图）。过去被视作所有氨基酸序列合成总指挥部的核糖体，如今却被证明，竟然可以被它们所生产的新生链推翻。这表明，翻译过程也存在中途失败的潜在风险。富含触发IRD序列的蛋白质不能完全被合成。

乍一看，这个现象貌似是核糖体的一个缺陷。但是，仔细想想，对生命体来说，IRD的存在是不是有其他意义？
 
研究人员发现，生物体中同样存在抵消IRD的机制。于是他们使用缺乏这种机制的突变大肠杆菌（稍有不稳定就倾向于发生IRD），分析细胞蛋白质组学（所有蛋白质表达）。结果是，许多蛋白质的数量都发生了变化。其中，最特别的是一种负责将镁离子运进细胞内的MgtA膜蛋白，突变型大肠杆菌的MgtA表达比野生型高10倍以上。
 
为什么IRD的高发导致了细胞MgtA蛋白的高表达？
 
研究人员发现，控制MgtA表达的mgtL基因也具有IRD序列。大肠杆菌通过mgtL序列运用特殊机制感知到了IRD现象，然后调节MgtA表达以响应细胞内镁离子浓度变化。
镁离子有许多重要功能，对稳定核糖体来说尤其重要。本研究的结果表明，当大肠杆菌感知环境中镁离子正在稀缺时，它就会利用mgtL的IRD引发MgtA大量表达以获得一个途径来维持细胞内镁离子浓度水平。换句话说，活的有机体具有利用IRD现象，监视细胞内环境的一种调控机制（如图）。

未来研究
这项研究表明，除了具有三维结构的蛋白质以外，氨基酸序列也能影响核糖体稳定性甚至终止翻译。此前，过早终止翻译一直不被认为是生命科学的一个重要进程，Taguchi团队的成果是对这一领域的扩展，很可能将导致新型工具蛋白质生产或生物制药开发。