维氏气单胞菌tmRNA突变体构建及其用于反式翻译底物的鉴定

SmpB-tmRNA介导的反式翻译,是细菌中普遍存在的一种主要核糖体拯救机制,对细菌的生存和增殖都具有重要影响。为了探明反式翻译系统在人-鱼共患病原菌维氏气单胞菌(Aeromonas veronii)中的作用机制,本研究基于维氏气单胞菌tmRNA的二级结构预测,将tmRNA标记肽的后5个氨基酸残基的密码子以及1个终止密码子突变为组氨酸密码子,从而构建tmRNA突变体。生长曲线测定结果表明,该tmRNA突变体能够回补tmRNA缺失导致的细菌生长缺陷;同时,免疫印迹实验确证该突变体能够成功地将反式翻译拯救的蛋白底物标记上组氨酸标签,表明其能够行使tmRNA的正常功能。本研究构建的tmRNA突变体为后续分离和纯化tmRNA-SmpB介导的反式翻译底物,进而研究反式翻译系统在细菌中的作用机制提供了理论基础。     

细菌核糖体的拯救机制

蛋白质翻译过程中,很多因素可能导致核糖体在mRNA上熄火,这对细胞的危害很大,因为这不仅占用了核糖体、氨基酸和tRNA,而且还可能产生有害的蛋白质.细菌进化出了多种核糖体拯救机制,释放熄火的核糖体,清除异常的mRNA,以规避毒害,如：① tmRNA·SmpB介导的拯救机制,又称为反式翻译介导的拯救机制|② ArfA(YhdL)介导的拯救机制|③ YaeJ(ArfB)介导的拯救机制.这些机制对于细菌的生理和繁殖都非常重要,但却在真核生物进化过程中消失了,使这些机制有可能成为抗菌药物靶点.本文主要就细菌核糖体的拯救机制做一概述,并对这些机制的应用前景进行了展望.     

耻垢分枝杆菌中反式翻译报告体系的构建

细菌在翻译过程中,mRNA受到损伤(如缺失终止密码子)时会使翻译提前终止,导致核糖体熄火,细菌自身会启动核糖体拯救途径。由tmRNA-SmpB介导的反式翻译系统是结核分枝杆菌中的核糖体拯救途径,对结核分枝杆菌的生长繁殖有重大影响。为探究分枝杆菌中反式翻译途径的启动及其功能特点,本研究选取耻垢分枝杆菌为实验菌株,分别以mCherry和egfp作为报告基因,通过在报告基因3′端添加大肠埃希菌终止子序列,构建能在菌体中反映反式翻译表达的报告体系,并初步探究该体系中报告基因的动态表达特点。结果显示,相比正常表达mCherry的对照菌株,实验菌株中表达的错误mCherry蛋白很快被水解,菌体颜色均明显浅于前者,增强绿色荧光蛋白(enhanced green fluorescent protein,EGFP)定量检测数据也显示错误EGFP水平显著低于正常表达的EGFP水平,表明两种反式翻译报告体系均构建成功。报告基因的动态表达数据显示,蛋白出现翻译异常时,耻垢分枝杆菌可在蛋白翻译过程中快速启动反式翻译途径,并于40～45h将不成熟错误蛋白完全水解。本研究构建的反式翻译报告体系可为后续开展分枝杆菌反式翻译途径的功能研究及抗结核药物筛选提供帮助。     

反式翻译模型

反式翻译是细菌体内一种修复翻译水平上受阻的遗传信息表达过程的机制。tmRNA是反式翻译的核心分子,它兼具tRNA和mRNA的特点,在SmpB蛋白的帮助下特异性识别携带mRNA缺失体的核糖体,在核糖体蛋白S1的传递作用下结合在A位点上,一方面延续被中断的mRNA上的遗传信息,一方面终止蛋白质的合成,释放被束缚的核糖体和tRNA进入新的翻译过程。本文对近年来关于反式翻译模型的研究进行综述。     

SmpB蛋白结构与功能研究进展

SmpB是一类普遍存在于细菌中的小RNA结合蛋白。研究表明SmpB除了在反式翻译中起着辅助tmRNA分子拯救滞留核糖体的作用,其也可以作为RNA分子伴侣调节体内RpoS的表达,以及具有直接调控RNase R及双组份系统的功能。SmpB参与的调控作用对于细菌蛋白质合成质量控制、致病菌中毒力系统调控、维持机体正常生长及发育等过程具有关键作用。本综述主要从SmpB蛋白结构及其对RNA、蛋白质调控功能等方面进行论述,以期对发掘细菌性疾病治疗靶点,研发新型抗生素,提供新的方向和思路。     

RNA病毒翻译调控元件—内部核糖体进入位点(IRES)

真核生物大多数蛋白质合成采用了依赖帽子结构的翻译起始方式.但一组缺乏帽子构的RNA病毒的蛋白质合成起始是依赖其5′端非翻译区（untranslated region,UTR）翻译调控的顺式作用元件——内部核糖体进入位点（internal ribosome entry site, IRES）.它 们能够在一些反式作用因子的辅助下,招募核糖体小亚基到病毒mRNA的翻译起始位点.前,依赖IRES元件翻译起始的RNA病毒在哺乳动物,无脊椎动物及植物中均有发现.因此,对RNA病毒IRES元件的深入研究,不仅有助于阐明相关疾病的发生机理,而且为工业应用和疾病治疗提供借鉴意义.本文对RNA病毒IRES元件发现、分类、结构与功能等作了综述.     

小鼠大脑抑制性神经元特异性多聚核糖体结合型mRNA的提取

目的:建立能够高效、快速地从小鼠大脑提取抑制性神经元特异性多聚核糖体结合的mRNA的方法,为进行小鼠大脑抑制性神经元特异性翻译表达谱分析提供材料。方法:依据Cre-loxp系统,将RiboHA标签小鼠与抑制性神经元特异性VGAT-Cre/PV-Cre小鼠杂交,启动抑制性神经元中核糖体上HA标签的表达。后代小鼠进行基因型鉴定,获得同时表达Cre和HA的小鼠。利用免疫荧光染色检测HA的表达。通过免疫共沉淀从目标细胞群体中获得HA标记的多聚核糖体。提取多聚核糖体结合的mRNA。荧光定量PCR法检测所得mRNA的细胞类型特异性。利用琼脂糖凝胶电泳及bioanalyzer 2100检测所得mRNA及cDNA的质量。结果:HA标记的多聚核糖体在目标细胞群体中能够被高效启动表达。抑制性神经元特异性多聚核糖体结合的mRNA能够被特异性地富集提取。所获细胞类型特异性的多聚核糖体结合的mRNA及cDNA的质量足以用来进行高通量测序及翻译表达谱的分析。结论:利用Cre-loxp遗传系统标记,结合蛋白免疫共沉淀实验,建立了从小鼠大脑抑制性神经元中高效特异地获得多聚核糖体结合的mRNA的方法,为进一步进行小鼠大脑抑制性神经元特异性翻译表达谱的分析奠定了基础。     

基于sRNA的氧化葡萄糖酸杆菌基因调控的研究北大核心CSCD

在氧化葡萄糖酸杆菌中建立一种调控基因表达的工具。通过顺式/反式作用的非编码小RNA与核糖体结合位点(RBS)的相互作用,在翻译水平上对氧化葡萄糖酸杆菌中目标基因的表达进行调控。以绿色荧光蛋白作为报告基因,在所构建的顺式调控系统中,插入RBS上游的顺式阻遏序列,能够在转录后与RBS形成茎环结构,从而抑制报告基因的表达。这一茎环结构能够被与顺式阻遏序列具有更高亲和力的抗阻遏序列打开,从而重启报告基因的翻译;在所构建的反式调控系统中,由独立启动子控制转录的非编码小RNA与RBS互补形成双链,通过阻碍核糖体与mRNA的结合抑制报告基因的表达。在此基础上,设计并导入了一系列反式作用的小RNA,实现了对氧化葡萄糖酸杆菌中内源基因pstI表达的抑制。本研究提供了一种在氧化葡萄糖酸杆菌中不同于传统基因敲除的调控基因表达的方法。     

基于sRNA的氧化葡萄糖酸杆菌基因调控的研究

在氧化葡萄糖酸杆菌中建立一种调控基因表达的工具。通过顺式/反式作用的非编码小RNA与核糖体结合位点(RBS)的相互作用,在翻译水平上对氧化葡萄糖酸杆菌中目标基因的表达进行调控。以绿色荧光蛋白作为报告基因,在所构建的顺式调控系统中,插入RBS上游的顺式阻遏序列,能够在转录后与RBS形成茎环结构,从而抑制报告基因的表达。这一茎环结构能够被与顺式阻遏序列具有更高亲和力的抗阻遏序列打开,从而重启报告基因的翻译;在所构建的反式调控系统中,由独立启动子控制转录的非编码小RNA与RBS互补形成双链,通过阻碍核糖体与mRNA的结合抑制报告基因的表达。在此基础上,设计并导入了一系列反式作用的小RNA,实现了对氧化葡萄糖酸杆菌中内源基因pstI表达的抑制。本研究提供了一种在氧化葡萄糖酸杆菌中不同于传统基因敲除的调控基因表达的方法。     

线粒体核糖体——细胞器中的翻译机器

线粒体核糖体作为细胞器中的翻译机器,与细菌核糖体以及真核细胞质核糖体在rRNA和蛋白质组分、拓扑结构、来源等方面差异显著。本文综述线粒体核糖体研究进展,对比分析其理化性质和实验结构的相似性与特殊性。基于线粒体核糖体的结构和生物学功能进一步推测:经过与tRNA的相互识别和空间取向,mRNA链构象能否影响其编码产物——新生肽链的构象,期望揭示mRNA在翻译过程中可能的作用机理。     

单分子荧光共振能量转移技术在核糖体移位研究中的进展

核糖体是蛋白质的"合成工厂",也是临床上多种抗菌药物的作用靶点,因此,深入理解细菌核糖体的蛋白质翻译机制意义重大.蛋白质翻译是通过多步骤相互协调、多组分精细配合来实现高保真和精确调控.核糖体在mRNA上的移位作为翻译过程中最重要的事件之一,需要核糖体大规模的构象重排以及tRNA2-mRNA沿着核糖体的精确移动.在细菌中,移位是由延伸因子EF-G催化GTP水解来驱动的.近年来,单分子荧光共振能量技术(smFRET)的发展使得人们可以探究单个tRNA分子移位的动力学过程并实时观测核糖体的构象变化.本文首先介绍了smFRET技术的原理及特点,对其在核糖体结构动态及tRNA移位研究中的应用进行了较为系统的总结,并对其应用前景进行了展望.     

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。     

真核翻译起始因子5A在蛋白质合成中的功能及机制

在蛋白质合成过程中,除核糖体、氨酰 tRNA和mRNA外,还有多种翻译因子参与其中。真核翻译起始因子5A（eukaryotic translation initiation factor 5A, eIF5A）是维持细胞活性必不可少的翻译因子,在进化上高度保守。eIF5A是真核细胞中唯一含有羟腐胺赖氨酸（hypusine）的蛋白质,该翻译后修饰对eIF5A的活性至关重要。1978年,人们首次鉴定出eIF5A,认为它在翻译起始阶段促进第1个肽键的形成。直到2013年才证实它主要在翻译延伸阶段调控含多聚脯氨酸基序蛋白质的翻译。在经过四十多年研究后,人们对eIF5A的功能有了新的认识。近期基于核糖体图谱数据的分析表明,eIF5A能够缓解翻译延伸过程中核糖体在多种基序处的停滞,并不局限于多聚脯氨酸基序,并且它还能够通过促进肽链的释放增强翻译终止。此外,eIF5A还可以通过调控某些蛋白质的翻译,间接影响细胞内的各种生命活动。本文综述了eIF5A的多种翻译后修饰、在蛋白质合成和细胞自噬过程中的调控作用以及与人类疾病的关系,并与细菌及古细菌中的同源蛋白质进行了比较,探讨了该因子在进化中的保守性,以期为相关领域的研究提供一定的理论基础。     

真核生物翻译起始机制

蛋白质生物合成是遗传信息的翻译过程,是基因表达的第二个阶段,整个翻译包括起始、延伸和终止3个阶段。其中起始阶段最为复杂,是调控的关键。在真核生物中,在各种起始因子的参与下,通过蛋白一蛋白和蛋白HNA的相互作用,使405核糖体小亚基（预起始复合物）与mRNA相互作用,形成起始复合物,再与6OS大亚基相结合。蛋白质合成起始,形成肽健,从而进入延伸阶段关于起始作用的机理关键在于4OS／J‘亚基富集（recruit）于mRNA的过程。即核糖体是如何鉴别mRNA上的起始密码子（AUG）,以适当的阅读框架开始翻译的。结合的方式目前有两…     

[D丙~6,脯~9乙基胺]-促黄体素释放激素LH-RHA对妊娠兔子宫内膜多聚核糖体mRNA的作用

本实验制备了非孕兔、孕兔和绐孕兔注射高剂量[D丙‘,脯’乙基胺]-促黄体素释放激素(LH-RH A)不同天数的子宫内膜多聚核糖体,并从多聚核糖体提取mRNA,在网织红细胞无细胞翻译系统中测定了活性。结果指出用LH-RH A处理后多聚核糖体mRNA量减少,其翻译活性降低,在体内实验中核糖体mRNA诱导兔子宫分秘蛋白的合成也受到抑制,特别是分子量大约为22,000和69,000左右的分泌蛋白合成受到明显抑制。     

核糖体展示研究进展

核糖体展示是一种无细胞系统,可以从文库中筛选蛋白质和多肽。翻译的蛋白质及其mRNA同时结合在核糖体上形成mRNA-核糖体-蛋白质三聚体,通过配体亲和分离得到功能性蛋白及其编码的mRNA,转换成对应的DNA后进行相关蛋白的表达,可用于抗体及蛋白质文库选择、蛋白质体外改造等,而且其可以展示较大的文库而不受细菌转化的限制,可对毒蛋白、蛋白酶敏感和不稳定的蛋白质进行筛选,也可在特定位点进行氨基酸修饰。就核糖体展示技术的研究进展及其在蛋白质进化和筛选方面的应用进行综述。     

翻译组研究技术进展

基于高通量测序的RNA-Seq广泛被用于检测组织和细胞中基因的表达和调控机理研究,然而已有的文献表明mRNA水平并不能反映蛋白质的丰度,而研究正在翻译的mRNA的翻译组则比转录组更能反映蛋白组的实际水平,因此翻译组研究比转录组研究更具有理论和实践意义。对翻译组研究最为经典的多聚核糖体图谱技术到最近发展起来的核糖体图谱技术、核糖体亲和纯化技术以及翻译谱分析技术进行了综述比较,并介绍了翻译组研究前景,以便为翻译组研究提供参考。     

内部核糖体进入位点及其研究进展

内部核糖体进入位点(IRES)是mRNA5'端非编码区的一段特殊序列,允许核糖体直接在此序列结合mRNA并起始翻译。对IRES的发现、分类、特征,以及细胞中是否存在该元件进行了简要综述。     

封面说明

正翻译延伸是核糖体解码mRNA序列并合成蛋白质的过程,是分子生物学中心法则的关键步骤。近年来的研究表明翻译延伸速率并不恒定,本期肇涛澜等"翻译延伸的顺式调控机理与生物学效应"一文对相关研究进展进行了梳理和总结,并对前景加以展望。封面插图将mRNA比作一条单行公路,核糖体则是行驶于公路上的货     

基于翻译调控的细菌耐药研究进展

由于抗生素的大量使用,细菌耐药问题凸显,直接威胁人类生命健康和世界经济发展。过去对于细菌耐药的遗传和分子机制研究较为透彻,而对应的调控机制研究相对较少。翻译调控作为生命体最重要的调控方式之一,在细菌耐药研究领域的重要性尚未被学术界充分重视。本文介绍了影响翻译过程的抗生素的主要作用机制,重点从核糖体的修饰和突变、tRNA总量的动态调控、tRNA氨酰化、tRNA甲基化、核糖体保护蛋白和翻译因子这几个方面概述了基于翻译调控的细菌耐药研究进展,为研究者们提供了一个基于翻译调控角度研究细菌耐药的新视角,同时也为开发靶向细菌翻译调控的新型抗生素提供一些新思路。