真核生物细胞质tRNA生物合成研究的进展

tRNA是蛋白质翻译机器中的必需成分,它对细胞的生长和增殖及器官的发育起着决定性作用.tRNA生物合成包括tRNA基因的转录、转录后的加工和修饰.对tRNA生物合成的研究还包括tRNA在细胞中的运输、tRNA生物合成的质量监控及其与其他重要细胞途径（如mRNA生物合成、DNA损伤应答和细胞周期）之间的相互作用,以及tRNA生物合成在生长发育和疾病中的作用.本文主要介绍了近年来真核生物细胞质tRNA生物合成研究的一些重要进展.     

tRNA核质动态分布与细胞命运

旺盛的细胞核、质间的物质运输(nuclear-cytoplasmic transport)是真核细胞代谢的基础．核质运输不仅将蛋白质运到目的地,还能通过在特定时间、地点结合靶分子,改变其在胞内的局部浓度,调控诸如有丝分裂等重要细胞活动．tRNA是细胞中最重要的大分子之一,合成于细胞核,在细胞质中参加蛋白质翻译．一直以来,学术界认为tRNA只是蛋白质合成的参与者,tRNA核质运输是tRNA跨越核膜进入细胞质是单向主动运输过程．然而,最近的研究成果在颠覆传统观念,tRNA不但能被转运出核,还能被逆向转运入核．2008年,新概念“tRNA核质动态分布”(tRNA nuclear-cytoplasmic dynamics)被提出,取代tRNA核质运输,描述tRNA在细胞核、质间的流动．在酿酒酵母中tRNA核质动态分布可以调控蛋白质翻译,锁定细胞周期．此领域内的最新研究正在改变着教科书中有关tRNA的传统论断．     

tRNA核苷修饰与细胞胁迫应答

细胞的生长和功能发挥需要特定的内部条件。当外界条件发生变化时,细胞要想保持这种特定的内部环境,需要许多过程的参与,其中最重要的一个部分是RNA代谢调节,其通常涉及一般翻译水平的下降和应激反应,以有利基因翻译的增加。tRNA是翻译机制的一个基本组成部分,在蛋白质合成过程中,它将氨基酸传递给核糖体。tRNA的显著特征之一是高度修饰,这些修饰有大量用途,包括确保翻译的准确性和高效性、维持tRNA折叠或稳定性等。细胞在逆境胁迫条件下,tRNA修饰水平会发生显著变化,并通过不同的途径影响细胞的翻译。本文阐述了tRNA核苷修饰与细胞胁迫之间的相互关系,描述了tRNA修饰响应胁迫应答的可能机制。     

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．     

枯草杆菌色氨酰tRNA合成酶的同源模建

色氨酰tRNA合成酶（TrpRS）在蛋白质合成系统中具有非常重要的地位。通过蛋白质同源模建得到了枯草杆菌（Bacillus subtilis）色氨酰tRNA合成酶的三维结构。研究表明合成酶的二级结构含有16个α螺旋和5个β折叠,唯一的色氨酸Trp^92位于两个亚基的界面上。模建结果对配基结合位点和活性位点以及可能与tRNA^Trp结合的方式也给出了预测。     

家蚕线粒体ND2、COⅠ和若干tRNA基因的克隆及序列分析

克隆并测定了家蚕（Bombyx mori）线粒体基因组3468bp的EcoRⅠ和HindⅢ双酶一段序列,根据序列同源性比较,该DNA片段包括3个蛋白质编码基因：ND2基因、COⅠ基因和COⅡ基因5′端399bp的序列,以及6个tRNA基因和一个尚待确定的tRNA^Met基因。家蚕与果蝇的ND2基因序列同源性约69.7%,COⅠ基因的同源性约83.8%,COⅡ基因5′端的同源性约80％,这表明细胞色素氧化酶基因在物种间比烟酰胺腺漂呤二核苷酸脱氢酶基因保守,6个推定的tRNA基因序列与果蝇相应tRNA基因序列差异较大,另外,除tRNA^Chn基因的二级结构相似外,其它tRNA基因的二级结构与果蝇相应tRNA基因的二级结构也有较大差异。     

真核细胞tRNA的降解

tRNA在蛋白质合成过程中起着关键性的作用,不但为三联密码子翻译成氨基酸提供了接合体,而且为将氨基酸运送到核糖体提供了运送载体.在真核细胞中,tRNA前体必须经过广泛的加工修饰,成为成熟的tRNA分子才能充分发挥生物学功能.以往对tRNA的研究主要集中于tRNA的结构、功能、加工和成熟上,却很少关注tRNA分子的降解.最近研究发现tRNA的降解在tRNA的生成、加工和功能发挥上同样起着重要作用.     

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.     

氨酰tRNA合成酶的分子网络和功能

氨酰tRNA合成酶是生命进化过程中最早出现的一类蛋白质,氨酰tRNA合成酶帮助氨基酸转移到相应的tRNA上,进而参与蛋白质的合成保证了生命体的严谨性和多样性.随着后基因组时代的到来,氨酰tRNA合成酶的结构和功能成为新的研究热点.结构生物学和生物信息学的研究结果表明,氨酰tRNA合成酶在真核生物体内以多聚复合物的形式行使功能,形成复杂的分子网络体系.最新的实验证据显示,氨酰tRNA合成酶不但是蛋白质合成过程中一类最重要的酶,而且参与了转录、翻译水平的调控、RNA剪接、信号传导和免疫应答等众多生命活动.     

植物tRNA新闻二则

由大肠杆菌和其他材料的研究结果得知,负责编码tRNA的基因,总是先转录为前体tRNA,然后切去头尾若干个核苷酸,加工出成熟tRNA分子,而且tRNA基因在细胞里具有中度重复顺序,不同种tRNA基因往往纵向成串排列;但没有发现过有内涵子(intron)。 1982年哈佛大学3位研究人员发现玉米叶绿体的tRNA_(UAA)~(Leu)基因中含有1个458个碱基     

酵母校正tRNA的提取及其对番茄花叶病毒增殖的抑制作用

从酵母(Saccharamyces cerevisiae SUP-6-1温度突变株,含SUPt RNATyr,SUFtRNAleo,SUPtRNAHis)和菠菜提取了总tRNA,经过BD-纤维素柱层析,得到部份纯化的amber终止密码校正tRNA,它们在兔网织细胞裂解液翻译体系中能促进番茄花叶病毒(ToMV)RNA183k抄读蛋白的合成。研究了酵母SUP6-l校正tRNA对ToMV在烟草中增殖的影响。在用酵母SUP6-l校正tRNA处理的植株顶部新生叶中病毒滴度接种3、5、11、15和20天后,分别是对照的3％、12％、3 8％、42％和67％。用校正tRNA处理的烟草植株中层叶片,在接种后11—20天明显低于对照。下层接种叶中的病毒滴度无显著差异。讨论了校正tRNA对ToMV增殖抑制的机理。     

tRNA体外抑制L929细胞生长的作用观察

目的:探讨tRNA对不同哺乳动物细胞生长的影响.方法:L929细胞、NIH3T3细胞、MCF-7细胞和PC12细胞接种96孔板,37℃,5% CO2细胞培养箱中培养4 h后,直接加入酵母tRNA,继续培养一定时间后采用MTT法检测细胞生长情况;将200 μg/ml酵母tRNA加入至L929细胞中,在不同时间点观察细胞形态并收集细胞进行细胞流式分析.结果:tRNA对L929细胞有特异的抑制作用,并且表现出一定的剂量依赖性;tRNA处理后L929细胞与正常细胞相比,形态明显变大,而且突起增长;流式细胞仪分析进一步发现tRNA使细胞阻滞于S期.结论:tRNA的这种细胞生长的抑制效应可能是通过其一些小的降解片段发挥的,提示tRNA或者其降解片段可能具有调控L929细胞增殖的重要作用.     

tRNA核酸内切酶的研究进展

tRNA在蛋白质合成过程中起着极其重要的作用。在所有的生物体内,tRNA首先以前体形式转录,然后必需经过一系列的加工后才能成为有功能的tRNA分子。tRNaseZ、RNaseP和tRNA剪接内切酶是参与tRNA前体加工的三种主要的核酸内切酶,分别参与tRNA前体3′末端、tRNA前体5′末端和内含子剪接的加工。这三种酶具有不同的结构特征,并且利用完全不同的催化机制水解磷酸二酯键。tRNaseZ和RNaseP都是金属酶,活性中心分别需要Zn^2＋和Mg^2＋的参与;而tRNA剪接内切酶活性中心不需要金属离子,是一个由不同催化亚基上的关键氨基酸残基构成的组合式活性中心。     

对tRNA和mRNA双依赖的兔网织红细胞无细胞蛋白合成体系的制备

本文在Gilbert和Anderson及Pel-ham和Jackson方法的基础上加以改进,制备了一个对tRNA和二RNA双依赖的兔网织红细胞无细胞蛋白合成体系。在有TMV RNA存在的情况下,加入兔网织红细胞总tRNA,氨基酸参入比不加tRNA的对照高40倍以上。在有兔网织红细胞总七RNA存在的情况下,加入TMVNA或Poly(rU),氨基酸参入分别比不加外源mRNA的对照高10倍和7倍以上。这个双依赖的无细胞蛋白合成体系是检测单一tRNA和mRNA生物活性的有用工具。     

tRNA介导蛋白质工程

在遗传信息从DNA到蛋白质流动的过程中,tRNA携带特异的氨基酸参与蛋白质合成,对于维持蛋白质翻译的忠实性起着非常重要的作用。生物体内共有20种氨酰tRNA合成酶,每一种均对应于一种氨基酸和一个tRNA类型。但是这种翻译过程仅仅限于20种天然氨基酸,因此在进行传统的蛋白质工程研究时常常受到限制。事实上,在蛋白质工程中借助于校正tRNA定点掺入非天然氨基酸可以提供蛋白质的结构信息,改进蛋白质检测与分离的方法,甚至赋予蛋白质某些新的特性。随着生物技术的发展和完善,tRNA介导蛋白质工程将不仅在蛋白质工程中发挥潜能,而且在研制新型生物材料和疾病诊断及药物治疗方面起到推动作用。     

tRNA介导蛋白质工程

在遗传信息从DNA到蛋白质流动的过程中,tRNA携带特异的氨基酸参与蛋白质合成,对于维持蛋白质翻译的忠实性起着非常重要的作用,生物体内共有20种氨酰tRNA合成酶,每一种均对尖于一种氨基酸和一个tRNA类型,但是这种翻译过程仅仅限于20种天然氨基酸,因此在进行传统的蛋白质工程研究时常常受到限制,事实上,在蛋白质工程中借助于校正 tRNA定点掺入非天然氨基酸可以提供蛋白质的结构信息,改进蛋白质检测与分离的方法,甚至赋予蛋白质某些新的特性,随着生物技术的发展和完善,tRNA介导蛋白质工程将不仅在蛋白质工程中发挥潜能,而且在研制新型生物材料和疾病诊断及药物治疗方面起到推动作用。     

籼稻基因组中的tRNA研究

在籼稻基因组的127551个重叠群中, 共发现了596个tRNA基因, 其中有3 个携带硒代半胱氨酸的tRNA基因和一个抑制型tRNA基因. 除了上述4 个特殊的tRNA基因外, 592 个tRNA可按密码子分成45 种, Guthrie等人提出的修正摆动假设完全成立. 在这些重叠群中, 还发现了27个假基因, 但未发现trnT-CGU基因, 这可能是由于现有序列数据的不完备. 在上述592个tRNA基因中, 可能存在冗余, 而且还可能再有新发现. 研究了水稻基因中密码子的使用与tRNA基因的数目之间的关系. 从水稻的两个栽培亚种——籼稻和粳稻的叶绿体基因组中, 各发现了33 个tRNA基因, 经多重联配发现, 两组tRNA基因完全相同     

tRNA抑制子对转录因子NKX2.5提前终止密码子的通读

人类NKX2.5基因(NK2 homeobox 5,NKX2.5)提前终止密码子(Premature termination codon,PTC)突变会引起房间隔缺损、房室传导阻滞等先天性心脏病。目前,已报道的NKX2.5 PTC突变有8个(E109X、Q149X、Q170X、Q187X、Q198X、Y256X、Y259X和C264X)。为了检测tRNA抑制子是否对PTC突变诱导通读产生有功能的全长蛋白,文章将8个NKX2.5 PTC突变克隆到pcDNA3.1(-)载体,将NKX2.5全长和E109X、Q149X及C264X克隆到pEGFP-N1载体,形成NKX2.5-EGFP融合质粒。将NKX2.5-EGFP与对应的tRNA抑制子质粒分别或共转染后观察绿色荧光数量定性判断tRNA抑制子是否诱导通读。Western blotting检测通读后全长蛋白和截短蛋白表达并计算通读效率。Real-time PCR检测NKX2.5下游重要调控基因Cx43 mRNA的表达判断通读后蛋白功能。结果表明,文章成功构建了8个基于pcDNA3.1(-)的NKX2.5表达质粒、4个基于pEGFP-N1的质粒;tRNA抑制子tRNA am能有效通读Q149X、Q170X、Q187X和Q198X,且对后三者的通读效率均在50%以上;tRNA op能有效通读C264X,通读效率约50%左右;tRNA oc不能通读NKX2.5 PTC突变;各通读后样本Cx43 mRNA相对表达量增加7%~41.7%;tRNA am和tRNA op能有效通读NKX2.5 PTC突变,产生具有功能的全长蛋白,但tRNA抑制子对细胞的其他影响还不明确,有待于进一步观察。     

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...     

草菇基因组中的tRNA分析

草菇(V olvariella volvacea),又名中国蘑菇,是一种生长于中国和东南亚的重要经济食用菌。本文基于本实验室的草菇基因组测序结果,分析了草菇基因组中的tRNA情况。草菇基因组的302个框架中,共发现了177个tRNA基因,其中有7个可能的假基因,有2个携带硒代半胱氨酸,一个抑制性tRNA基因和一个未知的异型结构tRNA。除了上述11个特殊的tRNA基因外,166个tRNA可按反密码子类型分成47类。与其它5种担子菌的基因组tRNA比较,草菇的tRNA数量处于第4位,少于鬼伞、裂褶菌、灵芝,多于双孢蘑菇和平菇。通过比较分析草菇及这5种大型真菌的基因组tRNA编码情况,首次报道了几种食用菌tRNA遵守修正的摆动假说的情况。另外,草菇的同功受体tRNA非编码子序列也具有差异性,对tRNA的分析将有助于进一步研究草菇的进化。