关于遗传密码起源问题的几点看法

氨基酸与核苷酸之间的密码关系可能来自原始tRNA链（包括识别核苷酸及反密码子）与氨基酸的直接相互作用即原始tRNA识别或第二套遗传密码.     

血管生成素与tRNA片段化

tRNA主要功能是转运氨基酸参与蛋白质合成,在蛋白质生物合成过程中起着关键性的作用．近年来发现,tRNA是细胞内小RNA分子的重要来源,具有其它重要的生物学功能．来源于成熟tRNA分子的tRNA片段根据切割位置及生成机制的不同,主要分为两类：一类是tRNA半分子（tRNA halves）;另一类是较小的tRNA片段,称为tRFs( tRNA fragments)．在哺乳动物细胞中,tRNA半分子由血管生成素在tRNA分子反密码环处切割生成．本文主要针对tRNA半分子的加工机制、功能及在临床上的潜在应用进行综述．     

5′-和3′-末端带双羟基的寡聚核糖核苷酸具有不寻常的聚丙烯酰胺凝胶电泳行为

为了制备核糖核酸酶P的底物——人工合成的tRNA前体,我们用五核苷四磷酸_(HO)U_PC_PC_PA~*_PC_(OH)(~*P代表~(32)P)与天然的酵母丙氨酸tRNA或其5′半分子在T_4RNA连接酶催化下反应,连接产率甚低。但观察到一个很奇特的现象:不管何种反应条件,甚至不加tRNA和不加酶的对照实验中,经聚丙烯酰胺凝胶(PAG)电泳分析反应产物时发现,在约相当于RNA序列分析“梯子”18核苷酸(nt)处总     

tRNA在基因表达中的调控作用

转移核糖核酸（transfer RNA,tRNA）是遗传信息传递过程中的“适配器”分子,它们能够把mRNA所携带的遗传信息准确地翻译成蛋白质的氨基酸序列.然而,近年来的研究表明,tRNA在基因表达过程中还具有重要的调控作用.当生物面临外界某些营养压力胁迫时,空载tRNA可作为效应分子影响细胞整体基因表达水平,从而使机体应对不利的环境.在酵母和某些哺乳动物细胞中,tRNA可以从细胞质逆行回细胞核.这种逆行一方面可以使细胞核的监控系统连续地监控tRNA的完整性,另一方面,在营养缺乏时,逆行回细胞核的tRNA可以有效地降低蛋白质的合成水平.最新研究表明,tRNA并不是绝对稳定的RNA分子.在某些生理或逆境胁迫下,tRNA在其反密码环或反密码环左臂处被内切酶特异性切割成不同长度的片段.这些切割并不是无意义的随机降解现象,而有可能产生一类新的信号分子,如tRNA半分子或sitRNA,它们与生物应激反应中细胞整体代谢的基因表达调控有着密切的关系.关于tRNA调控功能的研究是一个新的前沿领域,它将揭示tRNA结构与功能的多样性及其在遗传信息表达过程中的重要作用.     

文昌鱼核糖核蛋白体结构与功能的研究——Ⅰ. 文昌鱼tRNA和5SRNA的制备

本文报导了从厦门白氏文昌鱼(Branchiostoma belcheri Gray)中制备tRNA和5S RNA的方法。将文昌鱼洗净,用搅碎机破碎,然后用苯酚法提取小分子RNA。RNA粗制品经DEAE—纤维素DE22、DEAE—Sephadcx A—50和Sephadex G—100柱层析分离纯化,分别得到tRNA和5S RMA。再用12％聚丙烯酰胺疑胶电泳进一步纯化。测定了tRNA接受甘氨酸、丙氨酸和酪氨酸的活力分别为6.3％、5.2％和21％—25％。 tRNA的主要生物功能是携带与转移氨基酸参与蛋白质生物合成,并对基因表达进行调节控制。5S RNA是核糖核蛋白体的一个组分,在蛋白质生物合成中具有重要的功能,也是研究生物进化比较理想的一种生物大分子。自Hoagland等(1957)发现tRNA及Tissieres等(1959)发现核糖核蛋白体RNA后,科学工作者便广泛地开展了对tRNA和5SRNA结构与功能的研究。 文昌鱼是一种处于脊椎动物与无脊椎动物之间过渡类型的脊索动物,属脊索动物门的头索亚门,最接近脊椎动物亚门。因此对它进行深入的生化研究,在探索生物进化方面有较大的学术意义。本文报告从文昌鱼中制备tRNA和5SRNA以及tRNA接受氨基酸活力的初步结果。     

tRNA衍生片段和tRNA半分子的生物学功能及其在疾病发生中的作用

tRNA衍生片段(tRNA-derived RNA fragment,t RF)和tRNA半分子(tRNA halves,ti RNA)由成熟tRNA或其前体tRNA在不同位点特异性剪切产生,它们是一类广泛存在于原核生物和真核生物转录组中的非编码小RNA分子.t RF主要有tRF-5、tRF-3和tRF-1等3亚类,分别来自成熟tRNA的D环至反密码环茎区间切割至5′端、T环开始至3′端和前体tRNA的3′端尾部,其长度为14~30个核苷酸(nucleotide,nt).ti RNA主要有5′ti RNA和3′ti RNA等2亚类,是在成熟tRNA反密码子环处切割分别产生,其长度为29~50 nt.t RF和ti RNA具有多种生物学功能,既可以在应激反应中作为信号分子,又可以作为基因表达的调节者.它们与人类多种疾病(如肿瘤、神经退行性疾病、代谢性疾病和传染病等)的发生密切相关,有希望成为疾病诊断的新型标志物.本文就t RF和ti RNA的分类、生物学功能以及与人类疾病的关系作一综述.     

tRNA特异性的主要决定子研究进展

1988年5月12日的Nature杂志上刊登了一篇题为“一种简单的结构特征是转移RNA特异性的主要决定子”(A Simple structural feature is a major determinant of the identity of a transfer RNA)的文章,立刻引起了轰动,5月13日的纽约时报和其它有关报刊大量刊登了许多著名分子生物学家的评论文章,对此项研究结果作了高度的评价,称tRNA特异性的这一决定子为“第二遗传密码”。这个使科学家们困惑了20年之久的难题终于得到了解答。这一难题是,在蛋白质的合成过程中,在翻译中起关键作用的tRNA分子如何识别特定的氨基酸,也就是说,究竟是tRNA分子的哪一部位对氨基酸的特异性结合起着决定性的作用。     

遗传密码的新排列和起源探讨

根据DNA核苷酸组分的动态变化规律将遗传密码的传统排列按密码子对GC和嘌呤含量的敏感性进行了重排.新密码表可划分为2个半区（或1/2区）和4个四分区（或1/4区）.就原核生物基因组而言,当GC含量增加时,物种蛋白质组所含的氨基酸倾向于使用GC富集区和嘌呤不敏感半区所编码的氨基酸,它们均使用四重简并密码,对DNA序列的突变具有相对鲁棒性（Robustness）.当GC含量降低时,大多数密码子处于AU富集区和嘌呤敏感半区,这个区域编码的氨基酸具有物理化学性质的多样性.因为当密码子第三位核苷酸（CP3）在嘌呤和嘧啶之间发生转换时,密码子所编码的氨基酸也倾向于发生变化.关于遗传密码的进化存在多种假说,包括凝固事件假说、共进化假说和立体化学假说等,每种假说均试图解释遗传密码所表现出来的某些化学和生物学规律.基于遗传密码的物理化学性质、基因组变异的规律和相关的生物学假说,本研究提出了遗传密码分步进化假说（The Stepwise Evolution Hypothesis for the Genetic Code）.在人们推断的最原始的RNA世界里,原初（Primordial）遗传密码从只能识别嘌呤和嘧啶开始,编码一个或两个简单而功能明确的氨基酸.由于胞嘧啶C的化学不稳定性,最初形成的遗传密码应该仅仅由腺嘌呤A和尿嘧啶U来编码,却可得到一组7个多元化的氨基酸.随着生命复杂性的增加,鸟嘌呤G从主载操作信号的功能中释放出来,再伴随着C的引入,使遗传密码逐步扩展到12,15和20个氨基酸,最终完成全部进化步骤.遗传密码的进化过程同时也伴随以蛋白质为主体的分子机制和细胞过程的进化,包括氨酰tRNA合成酶（AARS）从初始翻译机器上的脱离、DNA作为信息载体而取代RNA以及AARS和tRNA共进化等基本过程.分子机制和细胞过程是生命的基本组成元件,它们不但自己不断地趋于完善,也促使生命体走?     

转移核糖核酸(tRNA)与癌症

转移核糖核酸(transfer RNA, tRNA)在蛋白质生物合成过程中起关键作用,是将遗传信息翻译成蛋白质一级结构的接头分子。tRNA长久以来一直被认为是基因表达调控过程中的执行者而不具备调控功能,更不曾与癌症的发生联系起来。最新研究表明,某些tRNA在癌细胞中异常表达,与癌症的发生和发展有密切联系。tRNA来源的小分子非编码RNA (tRFs和tiRNAs)是一类新的基因表达调控分子,tRFs可以调控癌基因的表达或者与RNA结合蛋白相互作用来调控癌细胞增殖和细胞周期进程。tRNA的转录后修饰能够调控mRNA翻译过程,进而影响癌细胞的生长。随着测序技术的发展,tRNA在癌症发生和发展中的调控作用成为近年来的研究热点,现将从"tRNA分子调控癌症的发生和发展"、"tRNA来源的小分子非编码RNA与癌症"以及"tRNA修饰与癌症"三个方面综述tRNA分子在癌症发生和发展中的调控功能。     

tRNA研究的近况

转移核糖核酸(tRNA)初期通称为可溶性核糖核酸(sRNA),它的发现已有三十余年的历史。tRNA在蛋白质生物合成的过程中起着关键性的作用,是将核酸的遗传讯息转译成蛋白质一级结构的生物大分子化合物,因此受到重视。早期的研究工作,偏重于从生物材料中分离纯化得到对一种氨基酸专一的纯tRNA,并测定其一级结构(核苷酸排列顺序)。1965年R.W.Holley实验室首先测定了酵母丙氨酸tRNA的一级结构,并因此获得了1968年诺贝尔生理学医学奖。自此以后tRNA的研究一直受到生物化学,分子生物学,分子遗传学等工作     

酵母丙氨酸tRNA的纯化、半分子制备及其末端鉴定

本文报道了用DEAE-葡聚糖凝胶A-25柱层析纯化酵母丙氨酸tRNA的方法,纯化的tRNA,按接受丙氨酸的活力计算,其纯度达60～70%。经核糖核酸酶T_1(RNase T_1)限制性降解(tRNA与RNase T_1的比率为1毫克/15单位,0℃,4分钟),柱层析,制备了tRNA的两个半分子。用萤光标记法,[~3H]标记法,测得5′半分子的3′末端为鸟苷酸;用[~(32)P]标记法测得3′半分子的5′末端为胞苷酸。因此,RNase T_1限制性降解丙氨酸tRNA的切点在反密码子的G—C键之间。     

酵母丙氨酸tRNA的纯化、半分子制备及其末端鉴定

本文报道了用DEAE-葡聚糖凝胶A-25柱层析纯化酵母丙氨酸tRNA 的方法,纯化的tRNA,按接受丙氨酸的活力计算,其纯度达60～70%。经核糖核酸酶T_1(RNase T_1)限制性降解(tRNA 与RNase T_1的比率为1毫克/15单位,0℃,4分钟),柱层析,制备了tRNA 的两个半分子。用萤光标记法,[~3H]标记法,测得5′半分子的3′末端为鸟苷酸;用[~(32)P]标记法测得3′半分子的5′末端为胞苷酸。因此,RNase T_1限制性降解丙氨酸tRNA 的切点在反密码子的G—C 键之间。     

大鼠肝tRNA~(He)基因化学合成及克隆

tRNA在蛋白质生物合成中的主要作用是转运氨基酸,此外,tRNA与第二套密码的研究及与多胺的作用亦受到重视。传统的专一tRNA制备方法,不仅步骤繁多且收获量极少(6.5 mg/4000g肝组织),难于满足进一步用NMR,ESR等技术研究的需要。利用基因工程的手段,在细胞中表达专一的tRNA可以克服传统制备方法的不足。为此我们设计合成了大鼠肝tRNA~(Ile)基因。合成的基因全长120bp,将其中U,Ψ,D核苷酸换成T,I换成G。为了方     

硒代半胱氨酸(selenocysteine):密码表中第二十一个氨基酸?

已知所有的氨基酸中,只有遗传密码表内的20种基本氨基酸才能在核糖体中直接掺入肽链;但最近发现于原核、真核生物中的含硒酶里的硒代半胱氨酸(Se-Cys)似亦有此特点。生化、遗传实验均表明Se-Cys对应于终止密码子UGA;相应的tRNA(95bp)基因已经找到。但其转录产物上所携的Se-Cys很可能由原先携带着的Ser经O-磷酰Ser而来。上述发现显示了UGA作为有义密码子的保守性:也许它正处于从有义密码子变为无义密码子的进化过程中。     

转移核糖核酸发现五十年——tRNA发现者Zamecnik辞世

Crick(1955)预见到细胞内存在一种小分子RNA称为"衔接子",并假定它是一种沟通DNA与蛋白质序列之间的中介体。Zamecnik(1955)发现sRNA(tRNA),Hoagland(1954)发现氨基酸激活酶(氨基酰-tRNA合成酶)。镁离子稳定tRNA的二级结构(1963),由此,可以得到大的寡核苷酸片断,甚至tRNA的半分子。这项技术大大推动了tRNA及其他RNA序列分析工作的迅速进展。Holley(1965)首次测定出酵母tRNAAla全部核苷酸序列,并设计出一种"三叶草"二级结构。Crick(1966)较早地提出"摆动假说",即反密码子5’端的碱基并不与密码子3’端碱基严格配对,允许有一定的摆动。Rich(1974)等用X射线晶体衍射法,阐明了酵母tRNAPhe的高级结构(呈L型)。2000年,英国剑桥科学家,使用在冰箱保存了15年的酵母tRNAPhe晶体,重新测定它的L型结构是正确的,并严格确定其中10个镁离子和一个精胺分子的精确部位。     

遗传密码及其演变

在线粒体的蛋白质合成系统中,tRNA只有20几种,是以“三中读二”的方式识别密码子的;而线粒体有自己的密码字典,如终止密码UGA,在那里却为色氨酸编码。tRNA也经历过改变,出现修饰碱基,专一性增强。这说明遗传密码有一个演变过程。     

遗传密码及其演变

在线粒体的蛋白质合成系统中,tRNA只有20几种,是以“三中读二”的方式识别密码子的;而线粒体有自己的密码字典,如终止密码UGA,在那里却为色氨酸编码。tRNA也经历过改变,出现修饰碱基,专一性增强。这说明遗传密码有一个演变过程。     

tRNA来源的小片段RNA——新的基因表达调控因子

转移核糖核酸(tRNA)是蛋白质合成的关键接头分子,特异性识别信使RNA(mRNA)的密码子信息,将其接载的氨基酸基团掺入到新生多肽链中。最新研究表明,在很多物种中,在某些特定情况下,tRNA或其前体被特异性剪切产生tRNA来源的小片段RNA(tRNA-derived fragment,tRF)。这类tRF是一类新的基因表达调控因子,其发挥作用的机制多样,如某些tRF以microRNA方式抑制mRNA翻译;某些tRF作为逆转录病毒RNA基因组的逆转录引物;而某些tRF参与了前体rRNA剪切复合物的组装。此外,细胞受胁迫产生的带有多聚鸟苷酸模块的tRF则会竞争性抑制延伸因子elF4G与mRNA的结合,从而抑制蛋白质翻译。随着研究的继续深入,对tRF的发生发展、作用机制以及在疾病中的潜在作用将会进一步丰富。拟从tRF作为新的基因表达调控分子的角度,简要介绍tRF发挥作用的分子机制。     

修饰碱基和氨酰化

一般我们认为生物体内转移RNA(tRNA)中碱基修饰的主要作用是调节翻译效率和密码子的专一性,而不涉及氨酰化专一性,即正确的氨基酸接合在正确的RNA部位上。最近Muramatsu和他的同事们有了惊人的发现,大肠杆菌异亮氨酸tRNA有一种特殊的碱基修     

十字花科黑腐病菌中存在tRNA衍生片段(tRF)的证据

tRNA衍生片段(tRNA-derived fragment,tRF)是一种由内切核糖核酸酶将初级tRNA(primary tRNA)或成熟tRNA分子剪切后形成的长度为14～30 nt(核苷酸)的稳定的RNA片段.研究表明,tRF广泛存在于各种真核生物中,它们既可以作为信号分子,又可以作为基因表达的调控因子,在细胞的各种生理过程中发挥重要的调控作用.但至今除了在大肠杆菌(Escherichia coli)和沃氏富盐菌(Haloferax volcanii)中发现了 tRF外,在其他原核生物中未见有关tRF的报道.本研究采用高灵敏度的Northern杂交技术对十字花科黑腐病菌(Xanthomonas campestris pv.campestris,Xcc)的苏氨酸-tRNA(threonine-tRNA,tRNAThr)和甲硫氨-tRNA(me-thionine-tRNA,tRNAMet)进行了检测.结果显示,除了检测到全长的成熟tRNAThr 和tRNAMet外,还检测到多个丰度各异的稳定的tRF,而且一些tRF的产生受营养胁迫的诱导.此外,我们还发现,编码tRNAMet的基因XC4381已经退化为非编码RNA基因.本研究证明了 tRF在Xcc中的存在,为深入研究tRF的功能,特别是在Xcc致病中的作用奠定了基础.