核糖体蛋白质的翻译特异性— 遗传密码翻译装置对信使RNA的选择性

分子遗传学泰斗J. D. Watson于1957年首先对核糖体进行系统的研究。其后0. 许多科学家的共同努力,核糖体的结构已经基本研究清楚。然而对核糖体蛋白质的确切 功能,却仍然一无所知。1979年以来,本实验室主要从事分离核糖体蛋白质突变体,研 究核糖体蛋白质突变对基因表达的影响。发现在S12突变体中,碱性蛋白酶活性下降, 而中性蛋白酶活性正常。到目前为止,我们分离鉴定了的枯草杆菌核糖体蛋白质突变体 总数居世界首位。我们研究了核糖体蛋白质突变对噬菌体基因组表达的影响。发现在 S12的依赖链霉素突变体中,噬菌体娜05裂解量下降;蛋白质合成受Pf-;而RN A和 DNA合成正常。测定了噬菌体价29在27种共44株核糖体蛋白质突变体中的成斑 率。在多数突变体中,成斑率下降,最低达10-6;少数升高,最高达三倍;还百一些升降都 不明显。大汤杆菌C600的S12发生依赖链霉素突变,x噬菌体的成5k率和相对产量 大大降低,而T4和T7的成斑率正常。大肠杆菌1.148叹Xc 1857）的S12发生依赖 链霉素突变,肠1857的诱导释放量大大降低,而T4的成斑率反有所增加。在大肠杆菌 A19野生型菌株中,I噬菌体的N基因表达正常;核糖体蛋白质S10, S16, S19, S20 和L3友生突变,能抑制N基因表达;L21 + L25, L24突变,N基因不能表达;L27突 变,促进N基因表达;S8,L6,L7ZL12,L14禾L23突变,对N基因表达没有明显影响。 把N基囚克隆在质拉上,用功能互补的方法,测定N基因表达的程度。结果清楚表明, S12发生依赖链霉素突变,N基因不能表达;发生杭链霉素突变,却表达正常。综合以上 实验结果,可见不同的核糖体蛋白质突变时同一基因表达的影响不同;同一核糖体蛋白 质突变对不同基因表达的影响也不同。还有一些核糖体蛋白质突变,对其他基因表达没 有明显的影响。     

Escherichia coli 核糖体蛋白质突变影响Lambda噬菌体N基因的表达

λ Nam 7除其cI基因是cI 857温度敏感突变外,其N基因携有amber无义突变,故在Eseherichia coli A19(met,thi,his-95,rna-19,rel-1)上不能增殖。λcI 857只有cI 857温度敏感突变,其N基因是野生型,所以能以E. coli A19为宿主进行增殖。λcI 857和λ Nam7只有1个N基因之差。λcI 857在A19及其衍生株上增殖的优劣,可以作为判断N基因表达程度高低的标准。本文以24种核糖体蛋白质突变体为宿主,测定λcI 857的成斑率。结果在S3+L22,S4+L16+L24,S21+L25,L24,缺L1,缺S3等突变体中,成斑率下降到10~(-6)—10~(-6);在S3+S18+L6+L24+L27和L27突变体中,成斑率分别提高6.02和3.56倍。以上结果说明核糖体蛋白质突变影响λ N基因的表达。     

大肠杆菌中核糖体蛋白质S12依赖链霉素突变抑制λN基因的表达

将质粒pKC101上λcI基因切除,建成新质粒pHD109。用F'cI857控制质粒pHD109上λN基因的表达。结果表明：（1）核糖体蛋白质S12依赖链霉素突变抑制λN基因的表达;（2）F’cI857对质粒pHD109上λN基因表达的调节,受温度的控制。     

大肠杆菌中核糖体蛋白质S12依赖链霉素突变抑制λN基因的表达

将质粒pKC101上λcI基因切除，建成新质粒pHD109。用F'cI857控制质粒pHD109上λN基因的表达。结果表明：（1）核糖体蛋白质S12依赖链霉素突变抑制λN基因的表达；（2）F’cI857对质粒pHD109上λN基因表达的调节，受温度的控制。     

枯草杆菌抗链霉素和依赖链霉素突变体孢子形成的改变

从枯草杆菌(Bacillus subtilis)BF-7658菌株分离到自发抗链霉素突变体34株,自发依赖链霉素突变体84株。就孢子形成而言,这些链霉素突变体可以分成四类,其表型分别为Str~R Spo~ ,Str~R Spo~-,Str~R Spo~C和Str~D Spo~-。以双向聚丙烯酰胺凝胶电泳分析了上述四类共22株抗链霉素突变体和50株依赖链霉素突变体的核糖体蛋白质,结果表明,30S核糖体亚基S12蛋白质的泳动度没有明显可见的改变,而依赖链霉素突变的回复体(Str~S Spo~ )明显改变了核糖体蛋白质S4或S5的泳动度。     

核糖体蛋白质在翻译层次上调节λN基因表达的机理

报道大肠杆菌核糖体蛋白质S1 2或L2 4突变体均可以在翻译层次上抑制λN基因表达 .为研究其机理 ,用DNA外切酶Ⅲ(DNAExoⅢ)对λN lacZ融合基因上的λN基因部分进行了 5′→ 3′的缺失 ,以期改变λN基因的TIR(Translationalinitiationregion)或编码区 .经DNA序列分析共得到 2 3种缺失的λN lacZ融合基因 .比较它们在野生型菌株与核糖体蛋白质突变体内的β 半乳糖苷酶活性的结果表明 :( 1 )核糖体蛋白质S1 2突变体可以影响 30S小亚基同λN基因的TIR识别与结合 ,从而不利于 30S起始复合物形成 ,降低了翻译起始效率 ;( 2 )λN基因的编码区也是造成它在S1 2突变体内表达下降的原因 ;( 3)核糖体蛋白质L2 4突变体抑制λN基因表达的原因与翻译起始和λN基因 5′端的编码区无关 ,而可能与其 3′端结构基因有关     

枯草杆菌70S核糖体蛋白质的双向聚丙烯酰胺凝胶电泳

原核生物的核糖体,其大亚基由34种蛋白 质和两种RNA构成,小亚基由21种蛋白质和 一种RNA构成。在原核生物中,以大肠杆菌的 核糖体研究得最为详细。根据前人报道,抗链 霉素或依赖链霉素的大肠杆菌突变体的核糖 体,其小亚基第12号蛋白质（简称S12）上第 42位或第87位氨基酸发生了变化［[z3。本实验 室前曾报道：枯草杆菌ATCC 6633菌株的依 赖链霉素突变体全部表现为寡抱子突变体,而 抗链霉素突变体的抱子形成则正常^[1]。由大肠 杆菌的研究结果推断：本实验室分离的这些突 变体中,核糖体蛋白质可能发生了某些变化,为 此试图用双向聚丙烯酸胺凝胶电泳的方法分析 其核糖体蛋白质。     

Bacillus subtilis核糖体蛋白质S13和BL18突变体的遗传分析

以诱变分离得到Bacillus subtilis W168核糖体蛋白质S3、S7、S8、S11、S13、BL2、BL6、BL7突变体。通过遗传分析定位了S13和BL18基因。S13基因(rps M)位于主要核糖体蛋白质基因群str A-spc A区中,而BL18基因(rpl S)和pyr D紧密连锁。BL 18突变对细胞RNA和蛋白质合成以及噬菌体φ29的成斑率没有明显影响。     

L24突变核糖体通过翻译终止调控λN基因的表达

从翻译延伸和终止两个方面研究了大肠杆菌核糖体蛋白质L24突变抑制Lambda噬菌体N基因表达的分子机理. 结果表明: 在lacZ和GST(谷胱苷肽巯基转移酶)为报道基因的表达质粒中, 通过lacZ和GST分别与λN 融合得到lacZ-λN和GST- λN融合基因, 它们在L24突变菌株中产生的β-半乳糖苷酶和谷胱苷肽巯基转移酶的活性分别下降至野生型T83菌株的1/4和1/2左右; 改变GST- λN融合基因的翻译终止密码子附近的序列, 能使GST-融合蛋白的产量恢复到T83菌株的水平. 原因可能是L24突变核糖体参与组成的翻译终止复合物有功能上缺陷, 在翻译终止某些基因, 如λN基因时, 能使核糖体暂停在终止密码子附近, 减慢翻译终止, 影响λN基因的表达. 其中, λN 基因终止密码子上游仅2个密码子的改变可消除L24突变对λN基因表达的抑制.     

大肠杆菌核糖体蛋白质L24和L27突变对λN和λQ基因表达的影响

核糖体是生物体翻译遗传密码的唯一场所。核糖体各组份的确切功能目前仍不清楚。本实验室的研究已证实：有些核糖体蛋白质突变能在翻译水平上影响核糖体翻译的特异性。本文使用转座子Tn10将核糖蛋白质L24（rpmA）突变从A19的衍生株转到T83菌株上,并研究这2个突变对λN和λQ基因及对N-lacZ和Q-lacZ融合基因表达的不同影响,为核糖体蛋白质能影响核糖体翻译的特异性提供了又一个实例。     

枯草杆菌依赖链霉素、抗链霉素突变体及其核糖体蛋白质

从枯草杆菌分离到依赖链霉素和抗链霉素突变体,并且对这两种突变体作了遗传学图。通过三因子转化实验把str标定在cysA 14和cry之间。把ATCC6633菌株的图距和168菌株的图距加以比较,可知ATCC 6633菌株的Str~d和Str~s突变都发生在str位点上,而ATCC 6633的str相当于168菌株的strA。用双向聚丙烯酰胺凝胶电泳的方法分析了依赖链霉素、抗链霉素突变体和野生型的核糖体蛋白质,未曾见到三者S12蛋白质的电泳图谱有明显的差异。     

枯草杆菌核糖体蛋白质突变对碱性蛋白酶基因表达的影响

用枯草杆菌体外转录-翻译偶联系统检测13种19株枯草杆菌核糖体蛋白质突变对碱性蛋白酶基因表达的影响,发现10种13株核糖体蛋白质突变能影响碱性蛋白酶基因的表达。其中依赖链霉素突变核糖体几乎不能翻译碱性蛋白酶mRNA。依赖链霉素突变在翻译层次抑制碱性蛋白酶基因的表达,但对中性蛋白酶基因的表达没有影响。在碱性蛋白酶mRNA翻译起始区有一个复合二级结构,用体外突变方法破坏其中一个,翻译效率提高8.2倍。依赖链霉素突变和抗链霉素突变核糖体的高级结构不同,与碱性蛋白酶mRNA 5'端片段的亲合力也有差异。由于碱性蛋白酶mRNA翻译起始区的复合二级结构和低起始强度以及依赖链霉素突变核糖体高级结构的改变,使依赖链霉素突变核糖体不能翻译碱性蛋白酶mRNA。     

枯草杆菌核糖体蛋白质L20基因突变的遗传分析

从一株依赖链霉素的菌株SD103,分离出一株不依赖链霉素的温度敏感突变体SDN98,其表型是由rplT和ts两个突变决定的。遗传分析指出,rplT位于leuA和pheA之间,远离复制始区的主要核糖体蛋白质基因群,而ts突变却在主要核糖体蛋白质基因群内的ery和sgcA之间。L20蛋白质的改变没有影响活体~3H-尿嘧啶和~(14)C-氨基酸的参入活性。     

Escherichia Coli核糖体蛋白质突变对lac Z表达的影响

测定了Escherichia coli P90CF[rec A ara D (lac pro B) F’ lac I, pro A+ proB+]及其依赖链霉素突变体(StrDA)、抗链霉素突变体(StrRA)、和回复突变体的b-半乳糖苷酶活性。发现StrDA的酶活性大大低于野生型的酶活性，而StrRA的酶活性与野生型的接近。不同的回复突变体，酶活性差别很大，最高的与野生型的接近，大多数阶于野生性与StrDA之间，少数低于StrDA。测定了E. coli A19及其衍生株的b-半乳糖苷酶活性，并与其lcI857成斑率相比较。在VT977(S8+S3+S18+L6+L24+L27)和VT567(S8+L27)中，它们的成斑率分别是野生型的6.02倍和3.56倍，而b-半乳糖苷酶活性只有野生型的19.23%和28.02%。相反，VT711(S8+S4+L6+L24)的成斑率只是野生型的6×10-7，而b-半乳糖苷酶活性仍达野生型的33.20%。     

λpL/pR-cI857温控系统的改造及其对大肠杆菌菌蜕制备的影响

菌蜕是革兰氏阴性菌在噬菌体Phix174的溶菌基因E的作用下形成的细菌空壳,通常由λpL/pR-cI857温控系统通过调控E基因的表达制备。通过重叠PCR技术,将λpL/pR-cI857温控系统中λpR启动子的第2个操纵基因(OR2)的第9位碱基由T突变为C(T→C)。溶菌试验结果表明,突变后的λpL/pR-cI857系统在37℃时仍能稳定抑制基因E的表达,对大肠杆菌的溶菌率为99.9%。通过对λpR启动子的改造,扩大了λpL/pR-cI857温控系统的温度调控范围,为菌蜕疫苗的研制提供了参考。     

枯草杆菌168核糖体蛋白质基因突变

用NTG诱变一株B.subtilis168依赖链霉素突变体SD103,筛选不依赖链霉素的温度敏感突变体,用凝胶电泳分析它们核糖体蛋白质的改变,发现30％以上的突变体在电泳凝胶上出现改变的核糖体蛋白质,因此这是一种获得多种B.subtilis核糖体蛋白质穿变的简便而有效的方法。     

N_3质粒对λ噬菌体发育途径的影响

诱导试验表明N_3质粒抑制λ溶源菌诱导处理时的裂解性发育途径,使λ噬菌体产率大大降低,仅为对照的10~(-5)—10~(-6)。感染实验表明N_3质粒主要抑制λ噬菌体的溶源性发育途径,其溶源菌形成率仅为对照的1.3—1.9％。从N_3质粒对λ噬菌体感染时与λ溶源菌诱导时的发育途径的不同作用的事实推测N_3质粒的某种产物(蛋白质)与λ噬菌体cI蛋白相作用,以障碍cI蛋白正常解离或聚合的方式而干扰其发育途径。     

λ 原噬菌体缺失突变株的诱导和分离

对CSH45(λcI857S7)菌株进行热诱导(42℃),原噬菌体DNA产生部分缺失的菌株,然后用λcIb221进行感染,并通过EMB-麦芽糖平皿进行粗筛。最后在不同温度条件下,分别以λvir和λcIb221感染,从而分离得到5株所需菌株,筛选频率为10％。这些菌株在EMB-麦芽糖平皿上为红色菌落。在32℃时能被λvir裂解,而对λcIb 221具有免疫性;在42℃时既能被λvir裂解,也能被λcIb221裂解,从而证实了这些菌株仍携带有原噬菌体的cI基因,可作为控制携带有λpLN基因的克隆载体的受体菌株。     

用链霉素分离枯草杆菌孢子形成突变体

本文首次报道了枯草杆菌依赖链霉素突变体不能形成孢子、抗链霉素突变体孢子形成正常的现象。已知链霉素作用于核糖体,而核糖体是转译遗传密码的场所,所以这类孢子形成突变体可能与其转译水平的调节不全有关,对从转译水平研究基因表达的遗传调节可能会有重要意义。本文作者于1973年7月将本文投寄《遗传学通讯》编辑部。当时由于受“四人帮”反革命修正主义路线的干扰,本文曾被扣压,不准发表。现在,粉碎了“四人帮”,排除了“四人帮”的干扰,特将本文发表在这里。     

噬菌体展示HIV-1 Tat38-61碱性区51和55位随机突变体文库的构建

为了构建噬菌体展示Tat38-61(51N/55N) 碱性区突变体文库,进一步研究HIV-1 Tat38-61表位的分子进化筛选,采用含随机核苷酸序列的引物,通过Overlap PCR的方法获得51和55位氨基酸随机突变的全长Tat编码序列,再以此为模板PCR扩增出两端含有Xba I识别序列的Tat38-61突变体片段HIV-1 Tat38-61(51N/55N),克隆至噬菌体展示载体pCANTAB5S上,转化大肠杆菌TG1,经M13K07辅助噬菌体拯救,构建噬菌体展示Tat38-61(51N/55N) 碱性区突变体文库。结果显示文库的库容量为5.0×106,滴度为2.65×1012 TU/mL,阳性克隆率为56.50％;序列分析显示文库中51、55位核苷酸与氨基酸均呈随机性分布,达到了对文库进行分子进化筛选的要求,为获得可用作疫苗候选物的新型Tat突变体奠定基础。