转移核糖核酸发现五十年——tRNA发现者Zamecnik辞世

Crick(1955)预见到细胞内存在一种小分子RNA称为"衔接子",并假定它是一种沟通DNA与蛋白质序列之间的中介体。Zamecnik(1955)发现sRNA(tRNA),Hoagland(1954)发现氨基酸激活酶(氨基酰-tRNA合成酶)。镁离子稳定tRNA的二级结构(1963),由此,可以得到大的寡核苷酸片断,甚至tRNA的半分子。这项技术大大推动了tRNA及其他RNA序列分析工作的迅速进展。Holley(1965)首次测定出酵母tRNAAla全部核苷酸序列,并设计出一种"三叶草"二级结构。Crick(1966)较早地提出"摆动假说",即反密码子5’端的碱基并不与密码子3’端碱基严格配对,允许有一定的摆动。Rich(1974)等用X射线晶体衍射法,阐明了酵母tRNAPhe的高级结构(呈L型)。2000年,英国剑桥科学家,使用在冰箱保存了15年的酵母tRNAPhe晶体,重新测定它的L型结构是正确的,并严格确定其中10个镁离子和一个精胺分子的精确部位。     

水稻基因组中的tRNA和rRNA基因

在最近完成测序的水稻籼稻和粳稻两个亚种基因组中,各找到564和519个较为可靠的tRNA基因,进一步证实了于2002年发表的基于基因组序列草图的分析结果。修正的摆动假设,即至少需要46种tRNA基因才能译出61种可能的反密码子,在这两个亚种中均准确成立。在这46种tRNA中,有些在籼稻和粳稻中的序列均全同。有18种水稻tRNA与拟南芥中的相应序列全同。在籼稻基因组序列中还发现了384个5S rRNA基因,一批17S和5．8S rRNA基因以及一个25S rRNA基因。这些rRNA基因的不完备是由于它们通常以串接阵列形式存在于异染色质区域,而后者在全基因组霰弹法测序中不易完整测出。在tRNA和rRNA基因序列之间发现了多处互补片段,这将有助于研究它们的进化和相互作用。     

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。     

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...     

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.     

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     

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．     

tRNA研究的近况

转移核糖核酸(tRNA)初期通称为可溶性核糖核酸(sRNA),它的发现已有三十余年的历史。tRNA在蛋白质生物合成的过程中起着关键性的作用,是将核酸的遗传讯息转译成蛋白质一级结构的生物大分子化合物,因此受到重视。早期的研究工作,偏重于从生物材料中分离纯化得到对一种氨基酸专一的纯tRNA,并测定其一级结构(核苷酸排列顺序)。1965年R.W.Holley实验室首先测定了酵母丙氨酸tRNA的一级结构,并因此获得了1968年诺贝尔生理学医学奖。自此以后tRNA的研究一直受到生物化学,分子生物学,分子遗传学等工作     

水稻雄配子体发育过程中tRNA片段的生物信息学分析

tRNA片段(tRF)是tRNA通过非随机剪切产生的RNA片段, 其产生和功能机制尚不明确; 而在水稻(Oryza sativa)雄配子体发育过程中, 人们对tRNA更是知之甚少。通过高通量测序, 在水稻雄配子体发育过程中发现了长度范围较大的tRFs; 进一步采用logo对tRFs两端的序列进行分析, 发现了4个有序列特征(其中3个未见报道)和1个无序列特征的酶切位点; 通过NCBI Blast预测了tRF靶基因, 发现其大多靶向转座因子。研究结果对揭示tRF产生机制以及水稻雄配子体发育研究有一定的参考价值。     

tRNA序列的进化网络研究

根据tRNA序列的反密码子,把3420 条tRNA 序列分成了21组,其中包括20 组氨基酸及1 组Stop。通过tRNA序列的相似度构建了1 组整体网络和21 组子网络,并计算了它们在不同相似度下的平均度、平均聚类系数以及平均最短路径。通过分析、比较和讨论网络中的三个重要参数,进一步说明点突变是tRNA序列进化的重要机制,并反映了它们的进化近似符合中性理论,且在同一组氨基酸和Stop 内的tRNA序列在进化历史上的同源关系更密切;同时表明了tRNA 序列在进化过程中具有自相似性。     

Evolution of tRNA recognition systems and tRNA gene sequences

The aminoacylation of tRNAs by the aminoacyl-tRNA synthetases recapitulates the genetic code by dictating the association between amino acids and tRNA anticodons. The sequences of tRNAs were analyzed to investigate the nature of primordial recognition systems and to make inferences about the evolution of tRNA gene sequences and the evolution of the genetic code. Evidence is presented that primordial synthetases recognized acceptor stem nucleotides prior to the establishment of the three major phylogenetic lineages. However, acceptor stem sequences probably did not achieve a level of sequence diversity sufficient to faithfully specify the anticodon assignments of all 20 amino acids. This putative bottleneck in the evolution of the genetic code may have been alleviated by the advent of anticodon recognition. A phylogenetic analysis of tRNA gene sequences from the deep Archaea revealed groups that are united by sequence motifs which are located within a region of the tRNA that is involved in determining its tertiary structure. An association between the third anticodon nucleotide (N36) and these sequence motifs suggests that a tRNA-like structure existed close to the time that amino acid-anticodon assignments were being established. The sequence analysis also revealed that tRNA genes may evolve by anticodon mutations that recruit tRNAs from one isoaccepting group to another. Thus tRNA gene evolution may not always be monophyletic with respect to each isoaccepting group.Based on a presentation made at a workshop— Aminoacyl-tRNA Synthetases and the Evolution of the Genetic Code—held at Berkeley, CA, July 17–20, 1994 Correspondence to: M.E. Saks     

Preparation of synthetic tRNA precursors with tRNA nucleotidyltransferase.

Rabbit liver tRNA nucleotidyltransferase can be used to substitute nucleotides within the -C-C-A sequence of tRNA or to add nucleotides following this sequence. These anomolous reactions of the enzyme have been used to prepare radioactively-labeled synthetic tRNA precursors which mimic the structure of the natural precursors. Under appropriate conditions synthetic precursors of defined structure can be made. In this paper we describe the synthesis of tRNA-C-[14C]U and tRNA-C-C-A-[14C]C-C, which are representative of tRNA precursors containing altered residues within the -C-C-A sequence or with extra residues following the normal 3'terminus. A variety of other possible precursors can also be prepared. These synthetic tRNA precursors have already proved useful for isolation of possible tRNA processing nucleases.     

Compilation of tRNA sequences and sequences of tRNA genes.

Sequences of 3279 sequences of tRNA genes and tRNAs published up to December 1996 are included in the compilation. Alignment of the sequences, which is most compatible with the tRNA phylogeny and known three-dimensional structures of tRNA, is used. Sequences and references are available under http://www.uni-bayreuth. de/departments/biochemie/trna/     

tRNA turnaround

Two recently published papers (Takano et al., 2005 and Shaheen and Hopper, 2005) demonstrate that in S. cerevisiae, cytoplasmic tRNAs can be transported into the nucleus. This retrograde movement may expose mature tRNAs to nuclear proofreading or it may regulate tRNA availability in response to amino acid availability.