NMD逃逸机制及其在疾病治疗中的应用

无义介导的mRNA降解(nonsense-mediated mRNA decay, NMD)是指在病理或正常生理情况下mRNA上出现了提前终止密码子(premature termination codon, PTC),从而导致mRNA降解。它是一种广泛存在的mRNA质量监控机制。近年来,在多种疾病中发现某些PTC并未触发NMD,这种现象被称为NMD逃逸(NMD escape),然而其确切机制尚不十分清楚。目前公认的两个学说为:(1) PTC通读,即蛋白的翻译可以顺利通过PTC直至正常的终止密码子,产生全长蛋白;(2)翻译的重新启动,即蛋白翻译在PTC下游的潜在起始点重新开始直至终止密码子,产生N端截短蛋白。目前,通过利用PTC通读,越来越多的药物或小分子已被成功用于无义变异相关疾病的治疗。本文主要综述了NMD逃逸的机制及其在疾病治疗中的应用和进展,以期为进一步了解NMD逃逸及其相关应用概况提供参考。     

真核生物无义介导的mRNA降解与肿瘤关系的研究进展

研究发现任何错误剪接、移码、插入等基因突变都可能引入含有提前终止密码子(premature termination codon,PTC)的转录产物,将导致翻译提前终止而产生无生物活性甚至毒害性截短蛋白(truncated proteins)。而无义介导的mRNA的降解(nonsensemediated m RNA decay,NMD)作用机制在基因转录及转录后加工过程中选择性地迅速降解含有提前终止密码子的mRNA,避免产生对细胞正常生理功能有害的截短蛋白,真核生物NMD是转录后m RNA监控的重要环节。肿瘤的发生发展与相应基因的表达有关,NMD可以降解含有PTC的mRNA,学者们认为抑制NMD后肿瘤中某些基因的表达上调,而上调的基因或许在肿瘤的发生发展中其抑癌基因的作用,故学者们抑制肿瘤中NMD后进行测序筛选发生无义突变的抑癌基因。     

与剪接、翻译偶联的PRT—mRNA NMD降解机制

最新研究发现，真核细胞前体mRNA剪接不仅仅是前体mRNA的加工步骤，而且在翻译过程中也起到重要的监控作用，通过剪接，外显子－外显子连接点复合物结合于mRNA剪接位点上游20bp处，如果mRNA剪接位点上游大于50－55bp处出现无义突变，则这种翻译提前终止密码子mRNA将会在最后的翻译过程中通过外显子－外显子连接点复合物，Upf蛋白以及帽结合蛋白之间的相互作用，被引入脱帽，降解过程。     

一种新的Srrm1/SRm160可变剪接体经历无义突变介导的mRNA降解

目的:研究基因Srrm1/SRm160的可变剪接。方法:应用RT-PCR研究Srrm1/SRm160的可变剪接,通过蛋白质的翻译抑制和RNA干扰研究剪接异构体是否经历无义突变介导的mRNA降解(NMD)过程。结果:获得Srrm1/SRm160新的可变剪接异构体,该异构体产生提前终止密码子,翻译抑制和RNA干扰证实含有提前终止密码子的剪接体经过NMD而降解。结论:Srrm1/SRm160通过可变剪接和NMD调节自身的表达水平,作为剪接因子进一步调节其他基因的可变剪接。     

mRNA 的无义介导降解

无义介导的mRNA衰变（NMD）选择性地迅速降解含有提前终止密码子的mRNA,保护机体免于截短蛋白质产生的有害效应,是真核细胞广泛存在的保守的mRNA监视机制,有重要生物学意义。关于其基本机制目前提出了一些模型。     

真核mRNA的3′非翻译区转录后水平调控作用研究进展

真核生物mRNA的3′非翻译区(3′-UTR)在基因表达的转录后调控中起着重要作用:3′-UTR内存在末端加工信号以指导mRNA3′末端的加工;3′-UTR不但控制mRNA的稳定性及降解速率、协助辨认特殊密码子,而且还控制着mRNA的翻译时间、位点及控制其翻译起始及效率等。     

真核mRNA的3′非翻译区转录后水平调控作用研究进展

真核生物mRNA的3′非翻译区(3′_UTR)在基因表达的转录后调控中起着重要作用:3′_UTR内存在末端加工信号以指导mRNA3′末端的加工;3′_UTR不但控制mRNA的稳定性及降解速率、协助辨认特殊密码子,而且还控制着mRNA的翻译时间、位点及控制其翻译起始及效率等。     

真核生物细胞中无终止密码mRNA的降解

2002年,Frischmeyer和Hoof等人发现真核生物细胞中具有一种新的mRNA监视机制——无终止密码mRNA降解途径,与正常mRNA和无义mRNA降解途径不同,无终止密码mRNA是在外切酶体介导作用下快速脱腺苷并进行3’→5’方向的水解。本对无终止密码mRNA降解途径的研究现状做一简要介绍。     

PTC下游翻译重启导致NMD途径的逃逸

无义突变介导的mRNA降解(nonsense-mediated mRNA decay,NMD)途径是真核生物体内一种重要的mRNA监督质控机制,它降解含有由无义突变、错误剪接、移码突变等产生的提前终止翻译密码子(premature translation termination codon,PTC)的mRNA,从而防止这种mRNA翻译产生的截短型蛋白质对机体造成的伤害.研究发现,一些含有PTC的mRNA发生了NMD途径逃逸,但具体机制仍不清楚.本研究将成视网膜细胞瘤基因1(retinoblastoma gene 1,RB1)作为NMD途径的靶基因,构建mini-RB1基因,包括外显子1~14(c DNA)、内含子14-外显子15-内含子15和外显子16~27(c DNA)的三部分序列,将其构建到真核表达载体pc DNA 3.1(-)中.根据人类基因组突变数据库选择3个突变位点W99X、G310X和R467X,构建相应无义突变体.分别将mini-RB1基因野生型和无义突变体转入He La细胞进行表达.用qRT-PCR检测发现,W99X无义突变体与野生型相比mRNA的水平无显著差异.为了进一步证实mini-RB1(W99X)发生了NMD逃逸,利用NMD途径抑制剂放线菌酮和转录抑制剂放线菌素D,分别处理转入野生型的mini-RB1基因及其无义突变体mini-RB1(W99X)的哺乳动物细胞,发现mini-RB1基因无义突变体的mRNA水平与野生型无明显差异,说明含有W99X无义突变的mini-RB1基因的mRNA发生了NMD逃逸.Western印迹检测mini-RB1基因的蛋白质表达发现,在无义突变位点W99X下游重新起始了蛋白质的翻译,因此,PTC下游蛋白质翻译的重新起始可能是导致无义mRNA逃逸NMD途径监控的主要原因.     

PTC下游翻译的重新起始导致NMD途径的逃逸

无义突变介导的mRNA降解（nonsense mediated mRNA decay, NMD）途径是真核生物体内一种重要的mRNA监督质控机制, 它降解含有由无义突变、错误剪接、移码突变等产生的提前终止翻译密码子（premature translation termination codon, PTC）的mRNA, 从而防止这种mRNA翻译产生的截短型蛋白质对机体造成的伤害. 研究发现, 一些含有PTC的mRNA发生了NMD途径逃逸, 但具体机制仍不清楚.本研究将成视网膜细胞瘤基因1 (retinoblastoma gene 1, RB1)作为NMD途径的靶基因, 构建mini-RB1基因,包括外显子1～14(cDNA)、内含子14 外显子15 内含子15和外显子16～27(cDNA) 的三部分序列, 将其构建到真核表达载体pcDNA 3.1(-)中.根据人类基因组突变数据库选择3个突变位点W99X、G310X和R467X, 构建相应无义突变体.分别将mini RB1基因野生型和无义突变体转入HeLa细胞进行表达.用qRT-PCR检测发现, W99X无义突变体与野生型相比mRNA的水平无显著差异.为了进一步证实mini- RB1（W99X）发生了NMD逃逸, 利用NMD途径抑制剂放线菌酮和转录抑制剂放线菌素D, 分别处理转入野生型的mini RB1基因及其无义突变体mini-RB1（W99X）的哺乳动物细胞, 发现mini-RB1基因无义突变体的mRNA水平与野生型无明显差异, 说明含有W99X无义突变的mini-RB1基因的mRNA发生了NMD逃逸.Western印迹检测mini-RB1基因的蛋白质表达发现, 在无义突变位点W99X下游重新起始了蛋白质的翻译, 因此,PTC下游蛋白质翻译的重新起始可能是导致无义mRNA逃逸NMD途径监控的主要原因.     

八肋游仆虫中无义介导的mRNA降解途径因子的细胞共定位研究

无义介导的mRNA降解途径(nonsense-mediated mRNA decay, NMD)是一种mRNA质量监控机制,识别和降解含有提前终止密码子(premature termination codons, PTCs)的异常转录本,以保障基因的准确表达。到目前为止,有报道的从高等哺乳动物到果蝇、线虫、酵母和原生动物中,均有NMD调控途径,但其机制模型存在一定的差异。由于原生动物在生物的起源与进化上的特殊地位,以及所含的调控因子相对简单,在各种分子机制的研究领域成为热点材料。本文以八肋游仆虫(Euplotes octocarinatus)作为研究对象,从八肋游仆虫大核基因组数据库中,经过同源序列比对,分析鉴定到参与NMD途径的相关因子,包括无义mRNA识别因子poly(A)结合蛋白(poly(A) binding protein, PABP);启动NMD途径的核心因子上游移码蛋白1(up-frameshift 1, UPF1)和上游移码蛋白2(up-frameshift 2, UPF2);外显子连接复合体(exon junction complex, EJC)组分因子MAGO(Mago nashi)、Y14(Tsunagi或RMB8)、eIF4AIII(eukaryotic initiation factor 4A3)和UAP56(U2AF56 associated protein 56);降解无义mRNA的相关因子外切体(exosome)、脱帽酶(decapping mRNA 2, DCP2)、外切酶(5′-3′exoribonuclease 1, XRN1)和去腺苷酸化酶(PGK promoter directed over production, POP2)。其中,后3种蛋白质是mRNA加工小体(processing body, P-Body)的组分。通过荧光共定位分析,分别依次证实UPF1与UPF2之间、EJC组分因子之间和P-body组分因子之间的相互作用关系。随后,通过UPF2分别与MAGO和Y14的荧光共定位结果,推测八肋游仆虫依赖于EJC的NMD途径模型。通过UPF1分别与DCP2和外切体(exosome)的荧光共定位结果,推测了八肋游仆虫无义mRNA的两种降解方式:一种是无义mRNA被介导到P-body中分别被DCP2和POP2脱去5′端帽和3′端Poly(A)尾,随后在XRN1的作用下,沿着5′→3′的方向降解;另一种是在胞质中,无义mRNA直接通过招募POP2去腺苷酸化,随后又在招募来的外切体作用下,沿着3′→5′的方向降解。     

抑制Rent1表达对HeLa细胞黏附能力的影响

Rent1是无义介导的mRNA降解(NMD)通路中的关键因子之一,通过引导含有提前出现的终止密码子(PTC)的mRNA至P-body,从而引发mRNA降解.为了进一步研究Rent1的生理功能,应用RNA干扰(RNAi)技术抑制Rent1的表达.试验发现,抑制Rent1的表达能够增强HeLa细胞对纤维粘连蛋白的黏附能力,另外,抑制Rent1的表达能够增加整合素基因ITGA2、ITGA3、ITGA6、ITGB5的表达.     

无义介导的mRNA降解机制及其在单基因遗传病中的作用

无义介导的mRNA降解(Nonsense-mediated mRNA decay,NMD)是一种广泛存在于真核生物细胞中的mRNA质量监控机制。该机制通过识别和降解含有提前终止密码子(Premature translational-termination codon,PTC)的转录产物防止有潜在毒性的截短蛋白的产生。据估计,约1/3的遗传性疾病是由提前终止密码子引起的,而NMD作用通常会改变某些遗传病的临床症状或遗传方式。文章主要综述了人体细胞中NMD对底物的识别及其作用机制,并以几种单基因遗传病为例探讨其对这些疾病表型的影响,表明NMD作用机制的进一步揭示将有助于单基因遗传病发病机制的阐明及治疗方法的改进。     

真核细胞中无义介导的mRNA降解

无义介导的mRNA降解(NMD)作为一种有效的细胞监控机制,主要监测细胞转录产物的提前终止密码子(PTC),并使得含有PTC的mRNA被迅速降解,从而防止其被翻译成为缺陷性的蛋白质.尽管NMD具有一定的保守性,但在酵母、哺乳动物以及后来的果蝇细胞中都发现有所不同.目前对于NMD的研究已进入了结构领域并发现它与端粒调控和RNAi等机制相互关联.     

NMD作用的顺式调控元件

真核生物利用无义介导的mRNA降解(nonsense-mediated mRNA decay,NMD),对含有提前终止密码子(premature termination codons,PTC)的异常转录产物进行快速清除,防止毒害性截短蛋白(truncatedproteins)的产生,是真核生物重要的mRNA监视机制。NMD作用的启动与多种顺式调控元件有关,它们包括：提前终止密码子的标识;PTC下游特定位置的序列元件,在酵母细胞称为DSE(downstream sequence element,DSE),在哺乳动物细胞主要为内含子剪接依赖性序列元件(exon-exon junction,EEJ);稳定作用元件(stabilizer elements,STE)对NMD作用的阻抑调节;以及其他与NMD作用相关的序列,如poly(A)延长、5’-UTR的uORF(upstream open reading frame,uORF)和程序化核糖体移码(programmed-1 ribosomal frameshift,-1PRF)信号序列等。NMD途径中的这些顺式调控元件可能是分子遗传调控的关键靶点。     

无义介导的mRNA降解(NMD)

无义介导的mRNA降解(nonsense-mediated mRNA decay,NMD）作为真核细胞中重要RNA监控机制,识别并降解开放阅读框中含有提前终止密码子（premature termination codon,PTC）的mRNA,以避免因截短的蛋白产物积累对细胞造成毒害. NMD还调控正常生理基因的表达,暗示其在真核细胞中扮演重要角色. NMD途径的关键是PTC的识别.本文通过3种模型来分别阐述发现于哺乳动物、酵母等不同有机体的识别机制.通常由NMD因子UPF1（up-frameshift）等被招募至含PTC的mRNA上,借助这些因子组装形成“功能复合体”并激活降解.但目前对于PTC识别后的过程仍认识有限,本文通过综述NMD途径的分子机制以更好地理解其生物学意义.     

靠近5′端帽子的上游AUG不影响t-PA mRNA的翻译

大多数真核生物mRNA的翻译起始都符合Kozak提出的扫描学说,即40s小亚基携带相应的起始因子进入mRNA的5′末端,沿mRNA线性滑动,至第一个AUG起始密码处与60s大亚基结合,形成第一个肽键,然后进入肽链延伸阶段。本课题组所构建的重组质粒pMM 5065含人组织型纤溶酶原激活剂(t-PA)cDNA。序列分析证明,该质粒中t-PA起始密码子ATG的5′端序列为:AAGCTTGCATGCCTGCAGGTC ATG GAT……,可见转录后t-PA mRNA起妈密码子AUG的5′端还有一个AUG三联体(即上游AUG),形成一个较长的与t-PA框架不同的阅读框     

陆地棉线粒体nad6基因mRNA无常规终止密码子

植物线粒体nad6基因编码NADH（还原型辅酶Ⅰ）脱氢酶第6亚基,前期研究发现,该基因可能与棉花细胞质雄性不育相关,但该基因的转录情况尚不清楚.本研究利用PCR测序、Southern印迹方法发现,陆地棉线粒体基因组（mtDNA）中nad6基因长621 bp,且为单拷贝. RT-PCR及环化RT-PCR分析发现,其mRNA在终止密码子前-14或-15 nt处提前终止|虽然该基因mRNA编码区存在12处RNA编辑（C-U）位点,但并未产生新的替代的终止密码子|基因mRNAs尾端poly（A）处含有0、1、2或4个“A”,也并未与前方相邻碱基凑成新的终止密码子,即：该基因mRNA无常规终止密码子（UGA,UAG,UAA）.本研究结果提示,棉花线粒体nad6基因mRNA很可能有其它的终止密码子.针对这种情况对植物线粒体如何翻译无常规终止密码子的mRNA进行了讨论.     

终止密码的多种解读方式——延伸还是终止?

在大多数生物体中,核遗传密码是通用的。真核生物核基因组中已发现的非标准遗传密码的使用非常少。大多数非标准遗传密码通常是将1种或者2种终止密码子重新分配为有义密码子,至少保留1种密码子作为翻译终止信号。然而,近期有研究发现,在2种纤毛虫中,所有3种终止密码子既可编码氨基酸,又可作为翻译终止信号;此外,基于转录组的分析表明,在游仆虫的读码框内终止密码子处存在广泛的编程性核糖体移码现象。这些发现提示,终止密码子具有多种解读方式,其翻译终止过程可能依赖某些未知的调控元件。本文基于近期发现的纤毛虫中终止密码子模糊使用的现象,重点讨论了这些生物区分有义"终止"密码子和真正终止密码子的分子机制。对于这些生物体中终止密码子使用的特殊性及翻译终止的研究,将有助于深入理解真核生物中的翻译终止及基因表达调控的分子机制。     

真核mRNA 3′非翻译区在基因表达中的作用

真核生物mRNA的3′非翻译区(3′-UTR)在基因表达调控中发挥重要作用.它不仅调控mRNA在体内的稳定性和降解速率,控制着mRNA的利用效率,还参与mRNA翻译过程的调控.