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.     

关于高中生物课本中蛋白质合成示意图的讨论

现行高中和师范学校生物课本中蛋白质合成示意图我认为有误。产生错误的原因主要是教材的更新落后于学科的发展,在此提出和有关同志共同讨论,以达到统一认识提高教学质量的目的。第一,示意图把mRNA和tRNA的反向平行视为同向平行;第二,由于对密码子和反密码子相互作用的关系缺乏一定的了解,因而对密码子UCU和GCU的反密码子确定是错误的。蛋白质合成的内容十分复杂,现仅就以上两点加以讨论。一、信息RNA(mRNA)和转远RNA(tRNA)是反向平行的。     

qa-3稀有密码子和mRNA结构改造及其在大肠杆菌中的高效表达

奎尼酸脱氢酶的高表达是奎尼酸生物合成的代谢工程研究的关键和基础。粗糙脉孢菌基因组中编码奎尼酸脱氢酶的基因qa-3在大肠杆菌中不表达,根据大肠杆菌密码子使用频率分析qa-3基因,发现有27个稀有密码子,其中编码Arg(R)的有8个,编码Gly(G)的有9个。编码精氨酸的AGG(AGA)两个稀有密码子紧密相连(R区),另外还有个相对比较集中的GGG密集区G区。进一步通过计算机分析其qa-3基因mRNA二级结构,发现改变5′和3′末端个别碱基对其二级结构的影响很大,可以使mRNA的自由能由野生型的-374.3kJ/mol降低到最小-80.5kJ/mol,从而大大减少mRNA两端二级结构的产生,而仅仅改变R区和G区的稀有密码子自由能变化很小。通过对该基因密码子改造和优化5′和3′末端对其mRNA二级结构的影响,在大肠杆菌中表达真菌的基因qa-3,并测到了奎尼酸脱氢酶活性,为构建产奎尼酸工程菌株奠定基础。     

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。     

真核生物细胞中的无义介导mRNA降解机制

真核生物细胞具有不同的机制用于监视转录本的准确性以保证翻译产物的完整性与正确性．无义介导mRNA降解(NMD)的作用对象主要是由于编码氨基酸的密码子突变为终止密码子,而使翻译提前终止的无义mRNA,其降解方式是直接进行5′端脱帽和5′→3′方向的水解。     

酵母 tRNA~(ala)密码子GpCpU的酶促合成

tRNA主要有两种生物学功能:一是接受(相应的氨基酸。二是将此氨基酸转移到多肽链中。在后一功能中,tRNA通过其反密码子同mRNA上相应的密码子形成互补碱基间的氢键配对,从而使氨基酸转移到由mRNA碱基顺序决定的多肽序列中。本工作合成酵母tRNA~(ala)密码子GpCpU,将用于测验该tRNA的转移活性,即检查该tRNA能否通过其反密码子3＇CpGpI5＇同已结合在核糖体上的密码子5＇GpCpU3＇形成氢键配对而实现转移丙氨酸的功能。迄今报道的关于制备寡核苷酸的方法,主要有三种:化学合成、酶解天然核酸和酶促合成。本工作用最后一种方法,用RN_(ase)N_1和     

原核表达中优化起始密码下游序列的软件设计与实现

在原核表达中影响外源基因表达效率的因素有很多,这其中翻译起始效率起了非常重要的作用。翻译起始效率又主要受SD序列、SD序列与起始密码子之间的间距、DB(DownstreamBox)序列、mRNA翻译起始区(TIR)的二级结构和稀有密码子等因素的影响。主要针对DB序列和5′端稀有密码子的优化设计了软件。通过计算机对序列进行分析比对后,按照匹配碱基数、匹配位置、密码子使用频率平均值的顺序进行排序,给出一些优化序列,并给出了软件算法。     

mRNA的序列、结构以及翻译速率与蛋白质结构的关系

mRNA所包含的核苷酸序列通过三联体密码子决定了蛋白质的氨基酸序列。但是, 由于对氨基酸同义密码使用频率上的差异, 密码子与反密码子相互作用效率上的不同, 以及密码子上下文关系和mRNA 不同区域二级结构上的差异, 造成了核糖体对mRNA 不同区域翻译速度上的差异, 加之共翻译折叠的作用, 使得mRNA 的序列和结构影响着蛋白质空间结构的形成。     

Mx基因稀有密码子和mRNA结构及大肠杆菌表达 优化

通过对稀有密码子和mRNA翻译起始区二级结构的分析, 构建了4种重组表达菌株BL21(DE3)/pET-Mx, Rosseta(DE3)/pET-Mx, BL21(DE3)/pGEX-Mx和Rosseta(DE3)/pGEX-Mx, 在大肠杆菌中进行Mx基因的表达, Rosseta(DE3)/pET-Mx和Rosseta(DE3)/pGEX-Mx重组表达菌中都获得了表达, Western blotting检测到了特异的75 kDa表达产物。实验结果证明稀有密码子和mRNA翻译起始区二级结构对Mx 蛋白表达都有影响, 选择适用于稀有密码子表达的菌株Rosetta(DE3)有利于Mx蛋白的表达, 同时翻译起始区二级结构能值较低的表达载体pGEX-Mx获得的表达量明显增高。实验中首次获得了重组表达鸡全长Mx蛋白的大肠杆菌重组菌。     

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。     

同义密码子使用模式对多肽链共翻译折叠的影响研究进展

同义密码子使用模式作为核苷酸与氨基酸的纽带,其多样性介导了核糖体扫描速率,同时扩充了基因的遗传信息存储量。随着新型技术的应用,发现特异性密码子和密码子结合力可调节核糖体扫描速率并影响蛋白质构象。同义密码子使用模式通过多种方式在不同环节影响着核糖体扫描速率,同时还影响着自身mRNA的稳定性。本文简述了密码子使用模式如何在核糖体扫描翻译mRNA的过程中实现对多肽链翻译延伸的调控,为今后生物工程学领域如何优化蛋白高效表达提供可参考的思路与理念。     

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     

qa-3稀有密码子和mRNA结构改造及其在大肠杆菌中的高效表达

奎尼酸脱氢酶的高表达是奎尼酸生物合成的代谢工程研究的关键和基础。粗糙脉孢菌基因组中编码奎尼酸脱氢酶的基因qa-3在大肠杆菌中不表达,根据大肠杆菌密码子使用频率分析qa-3基因,发现有27个稀有密码子,其中编码Arg?的有8个,编码Gly(G)的有9个。编码精氨酸的AGG(AGA) 两个稀有密码子紧密相连（R区）,另外还有个相对比较集中的GGG密集区G区。进一步通过计算机分析其qa-3基因mRNA二级结构,发现改变5′和3′末端个别碱基对其二级结构的影响很大,可以使mRNA的自由能由野生型的-374.3 kJ/mol降低到最小-80.5 kJ/mol,从而大大减少mRNA两端二级结构的产生,而仅仅改变R区和G区的稀有密码子自由能变化很小。通过对该基因密码子改造和优化5′和3′末端对其mRNA二级结构的影响,在大肠杆菌中表达真菌的基因qa-3,并测到了奎尼酸脱氢酶活性,为构建产奎尼酸工程菌株奠定基础。     

基因设计对重组蛋白表达的影响研究进展

利用异源表达系统生产重组蛋白已成为现代基因工程和生物工程研究热点和重点。但是研究者发现并非所有的基因都能在异源宿主中高效表达,除了宿主、分泌途径、启动子等因素外,基因自身的序列也蕴含了多种影响蛋白表达的因素,如密码子偏爱性,密码子对偏爱性,GC含量,mRNA二级结构,mRNA稳定性等。从基因设计的角度对影响蛋白表达的因素和方法进行了综述,尤其是对密码子优化和密码子对优化,详细讨论了与传统基因优化理念截然不同的密码子协调化及密码子对协调化等最新进展。     

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.     

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。     

同义密码子使用偏嗜性对mRNA半衰期及翻译调控的影响北大核心CSCD

随着基因组学和转录组学在不同生物体遗传和细胞生物学领域的广泛应用,同义密码子使用的偏嗜性逐渐被接受,并且在研究生物进化与生物表型之间的深层联系时,同义密码子使用模式受到相关领域研究人员的重视。信使RNA(messenger RNA,mRNA)最终表达出具有正常生物活性的蛋白产物是生命活动的重要环节。被称为“第二遗传密码”的同义密码子使用模式,可以通过精微调控翻译选择压力等分子机制,从转录调控、翻译调控及代谢活动等水平表达其承载的遗传信息。研究表明,mRNA半衰期的长短对mRNA活性以及转录和翻译过程有显著的影响。因此,系统地归纳同义密码子使用模式在基因转录、翻译调控及翻译后修饰等生命活动中所扮演的角色,将有助于全方位审视生物体如何巧妙利用密码子使用模式所产生的遗传效应来精准合成不同种类蛋白质,并以此保障生长或分化的特定基因表达程序顺利执行、维持正常的生命周期。     

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。