真核生物mRNA非翻译区结构特征与mRNA翻译

真核生物中蛋白质合成通常在翻译水平受到调控,而mRNA非翻译区与mRNA翻译之间关系密切。真核生物mRNA非翻译区长度、mRNA二级结构、GC含量、顺式作用元件与反式作用因子、mRNA帽端结构和多聚腺苷酸尾等结构对翻译具有重要的调控作用。本文就真核生物mRNA非翻译区结构特征对其翻译的影响做一综述。     

哺乳动物信使核糖核酸的结构与功能

信使核糖核酸(mRNA)的结构与功能是当代分子生物学的重要论题之一。近年哺乳动物 mRNA 结构与功能的研究进展颇为迅速,分离提纯的哺乳动物mRNA 的品种已日益增多,个别 mRNA 的核苷酸序列已基本搞清。哺乳动物 mRNA与其它真核生物,mRNA 相似,除含有为蛋白质的氨基酸序列编码的翻译部分外,还存在着包括“帽”、5′非翻译区,3′非翻译区与“尾”在内的非翻译部分。本文对哺乳动物 mRNA 上述区段的结构与功能分别作了介绍。同时,对此类 mRNA 在细胞内的分布、存在形式等也给予适当的介绍。     

mRNA结构及其稳定性的关系

mRNA结构与mRNA稳定性关系密切,mRNA稳定性与基因表达调控之间也有着紧密的联系。现从mRNA结构中所含的5'端帽结构、3'端poly(A)尾、5'非翻译区、3'非翻译区、编码区、富AU元件等方面综述了mRNA结构与mRNA稳定性之间的关系,为深入了解基因表达调控的分子机制提供理论基础。     

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。     

基因表达与mRNA结构的关系

基因的转录调控和转录后水平的调控在基因表达过程中起着重要作用。mRNA的结构与基因表达调控的关系非常密切。目前对于mRNA结构对表达的影响因素,主要集中于起始密码子和S-D序列的结构和间隔长度、基因和基因间的间隔区序列和长度,5’末端与3’末端非翻译区、多聚（A）尾、内含子序列对翻译起始效率、发夹结构对mRNA的稳定性的影响和mRNA翻译起始区等对基因表达影响。     

真核细胞中多重表达框mRNA的选择性翻译起始

扫描模型和遗漏扫描模型是真核生物mRNA翻译起始的两种主要机制,但其仍存在某些例外情况,如对具有多顺反子结构的mRNA,选择性翻译起始的发生机制目前仍不清楚.本研究基于GFP蛋白开放表达框(ORF)构建了一系列重组表达载体,用以转录在移码翻译顺序及同一翻译顺序下,AUG起始密码子处于不同序列背景,以及间隔不同距离的多顺反子结构mRNA.通过转染人Bel 7402细胞系,研究了这些多顺反子结构mRNA的翻译起始模式.结果表明,在移码翻译顺序下,多顺反子mRNA可翻译出对应的不同蛋白质,而在同一翻译顺序下,GFP蛋白表达框中的多个AUG密码子,仅有首位起始密码子可发挥作用,提示核糖体在从首位起始密码子开始翻译的同时,可能会有部分核糖体继续向下扫描并识别下游的起始密码子,而这种选择性的翻译起始效率,主要取决于密码子所处的序列背景及间隔距离等因素.     

mRNA翻译起始区二级结构改变对干扰素基因在大肠杆菌中翻译的影响

为研究mRNA翻译起始区结构与基因表达的关系,利用密码子的简并性,在不改变表达产物氨基酸序列的前提下定点突变α8干扰素及αA干扰素衍生物基因的5′端若干位点,使其与表达载体重组后转录形成的mRNA翻译起始区结构发生改变。SDS-PAGE及活性测定证实这些改变提高了外源基因的表达水平。RNA斑点印迹表明突变前后基因转录水平差别不大,表达水平的提高主要由于翻译效率的提高。mRNA翻译起始区二级结构预测提示其生成自由能(ΔG)的变化可能与表达水平的提高有关。     

原核生物小RNA的研究及其进展

原核生物中的小RNA（small RNA,sRNA）长度通常在50—250nt之间,一般在细胞内不被翻译,对基因转录后水平的调控发挥着关键作用。最初在大肠杆菌中发现,通过计算机预测和实验技术分析,查明的种类现已近140种,其作用机制包括;与目标mRNA的翻译起始位点或前导链结合分别抑制或促进翻译;或者模拟其他核酸的二级结构,去除mRNA结合蛋白对翻译的阻抑作用,促进翻译。此外,在转录水平上,SRNA还能模拟开放的启动子结构与RNA聚合酶结合阻止转录。     

人组织型纤溶酶原激活剂(t-PA)mRNA5′端非翻译区(UTR)对其表达的调控

运用反转录-PCR技术,从黑色素瘤细胞中扩增出t—PA cDNA 5′末端460bp的片段,再经重组获得含完整5′-UTR的t—PA cDNA克隆,在兔网织红细胞裂解物中翻译和COS-7细胞中表达发现,t—PA mRNA 5′—UTR对其表达有明显的抑制作用。将t—PA mRNA 5′—UTR用苜蓿病毒RNA 5′—UTR替换,使t—PA的表达水平提高3-7倍,mRNA翻译起始区二级结构分析结果表明,翻译起始区的二级结构与t-PA的表达水平有关。     

大肠杆菌mRNA编码区长度、形成二级结构倾向与密码子偏好性的关系

从GenBank获得大肠杆菌K-12MG1655株的全基因组序列,计算了与基因密码子偏好性相关的多个参数(Nc、CAI、GC、GC3s),对其mRNA编码区长度、形成二级结构倾向与密码子偏好性之间的关系进行了统计学分析,发现虽然翻译效率(包括翻译速度和翻译精度)是制约大肠杆菌高表达基因的密码子偏好性的主要因素,同时,mRNA编码区长度及其形成二级结构的倾向也是形成这种偏好性的不可忽略的原因,而且对偏好性有一定程度的削弱。另外对mRNA编码区形成二级结构倾向的生物学意义进行了讨论分析。     

Investigation of the mechanism of temperature sensitivity of the electroreceptors of ampullae of lorenzini

In experiments on Black Sea skates (Raja clavata), the potential of the receptor epithelium of the ampullae of Lorenzini and spike activity of single nerve fibers connected to them were investigated during electrical and temperature stimulation. Usually the potential within the canal was between 0 and –2 mV, and the input resistance of the ampulla 250–400 k. Heating of the region of the receptor epithelium was accompanied by a negative wave of potential, an increase in input resistance, and inhibition of spike activity. With worsening of the animal's condition the transepithelial potential became positive (up to +10 mV) but the input resistance of the ampulla during stimulation with a positive current was nonlinear in some cases: a regenerative spike of positive polarity appeared in the channel. During heating, the spike response was sometimes reversed in sign. It is suggested that fluctuations of the transepithelial potential and spike responses to temperature stimulation reflect changes in the potential difference on the basal membrane of the receptor cells, which is described by a relationship of the Nernst's or Goldman's equation type.I. P. Pavlov Institute of Physiology, Academy of Sciences of the USSR, Leningrad. I. M. Sechenov, Institute of Evolutionary Physiology and Biochemistry, Academy of Sciences of the USSR, Leningrad. Pacific Institute of Oceanology, Far Eastern Scientific Center, Academy of Sciences of the USSR, Vladivostok. Translated from Neirofiziologiya, Vol. 12, No. 1, pp. 67–74, January–February, 1980.     

Principles of organization and evolution of systems of regulation of functions

Evolution of living organisms is closely connected with evolution of structure of the system of regulations and its mechanisms. The functional ground of regulations is chemical signalization. As early as in unicellular organisms there is a set of signal mechanisms providing their life activity and orientation in space and time. Subsequent evolution of ways of chemical signalization followed the way of development of delivery pathways of chemical signal and development of mechanisms of its regulation. The mechanism of chemical regulation of the signal interaction is discussed by the example of the specialized system of transduction of signal from neuron to neuron, of effect of hormone on the epithelial cell and modulation of this effect. These mechanisms are considered as the most important ways of the fine and precise adaptation of chemical signalization underlying functioning of physiological systems and organs of the living organism