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。其后经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(?)105裂解量下降;蛋白质合成受阻;而RNA和DNA合成正常。测定了噬菌体(?)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;还有一些升降都不明显。大肠杆菌C600的S12发生依赖链霉素突变,λ噬菌体的成斑率和相对产量大大降低,而T4和T7的成斑率正常。大肠杆菌1.1485(λcI857)的S12发生依赖链霉素突变,λcI857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,λ噬菌体的N基因表达正常;核糖体蛋白质S10,S16,S19,S20和L3发生突变,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,L7/L12,L     

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。     

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     

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。     

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。     

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。     

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。