第一类肽链释放因子C端结构域参与调控终止密码子的识别过程

真核生物蛋白质翻译终止过程中,第一类肽链释放因子（eukaryotic polypeptide release factor, eRF1）利用其N端结构域识别终止密码子。eRF1的N结构域中的GTS、NIKS和YxCxxxF模体对于终止密码子的识别发挥重要作用。但至目前为止,eRF1识别终止密码子的机制,尤其是对于终止密码子的选择性识别机制仍不清楚。我们构建了四膜虫（Tetrahymena thermophilia）eRF1的N端结构域与酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）或裂殖酵母（Schizosaccharomyces pombe）eRF1的M和C结构域组成的杂合eRF1,即Tt/Sc eRF1 和Tt/Sp eRF1。双荧光素酶检测结果证实,两种杂合eRF1在细胞中识别终止密码子的活性具有显著差异。Tt/Sc eRF1仅识别UGA密码子,与四膜虫eRF1一致,具有密码子识别特异性;而Tt/Sp eRF1可以识别3个终止密码子,无密码子识别特异性。为解释这一现象,将Sp eRF1的C结构域中的1个关键的小结构域中的氨基酸进行突变,与Sc eRF1相应位点的氨基酸一致。分析结果显示,突变体Tt/Sp eRF1识别密码子UAA和UAG的性质发生显著变化,说明第一类肽链释放因子的C端结构域参与了终止密码子的识别过程。这提示,四膜虫eRF1识别终止密码子的特异性可能依赖于eRF1分子内的结构域间相互作用。本研究结果为揭示肽链释放因子识别终止密码子的分子机制提供了数据支持。     

八肋游仆虫第二类肽链释放因子核定位信号分析

蛋白质合成终止过程中肽链释放因子负责终止密码子的识别.真核生物第二类肽链释放因子（eRF3）是一类GTP酶,协助第一类肽链释放因子（eRF1）识别终止密码子和水解肽酰 tRNA酯键.之前的研究表明,两类肽链释放因子在细胞核中发挥功能,参与蛋白质合成和纺锤体的组装.本研究根据软件预测结果,构建了一系列八肋游仆虫eRF3的截短型突变体,分析在其N端是否存在引导eRF3的核定位信号.结果表明,在eRF3的N端有两个区域（NLS1:23-36 aa 和 NLS2: 236-272 aa）可以引导eRF3进入细胞核中,而且这两个区域具有典型的核定位信号的氨基酸序列特征. eRF3的核定位与其作为一种穿梭蛋白的功能相一致,即参与细胞有丝分裂纺锤体的形成和无义介导的mRNA降解途径.     

肽链释放因子识别终止密码子的机制

肽链释放因子(polypeptide release factor, RF)是参与细胞内蛋白质合成终止过程中新生肽链释放的一组重要的蛋白质,包括两类,即第一类肽链释放因子(classⅠrelease factor, RFⅠ)和第二类肽链释放因子(classⅡrelease factor, RFⅡ).关于第一类肽链释放因子识别终止密码子的机制和功能位点是目前分子细胞生物学领域的一个研究热点,第二类肽链释放因子作为一类GTP酶,在第一类肽链释放因子识别终止密码子和肽链释放过程中的协同作用也备受关注.近些年来,通过构建体内和体外的测活体系,对第一类肽链释放因子识别终止密码子的机制的研究取得了一些进展,提出了多种假说和模型,尤其是对第一类肽链释放因子的晶体结构及两类肽链释放因子复合体的空间结构的研究,为揭示真核生物细胞内蛋白质合成终止机制提供了直接的证据.     

四膜虫eRF1识别终止密码子的功能结构域

原生动物的一些纤毛虫中终止密码子发生重分配现象,将1个或2个终止密码子翻译为氨基酸.目前对这一现象的发生机制仍无合理解释．近年来,对蛋白质合成终止过程中肽链释放因子(eukaryotic polypeptide release factor, eRF)结构和功能的深入研究,为揭示终止密码子的重分配机制提供了重要的线索．本实验以具有终止密码子识别特异性的四膜虫Tt-eRF1为研究对象,将其中与密码子识别有关的GTx、NIKS和Y-C-F关键模体(motif) 引入识别通用终止密码子的酵母Sc=eRF1中,构建成各种嵌合体eRF1．利用双荧光素酶报告系统和细胞活性实验,分析关键模体及其周边的氨基酸对eRF1识别终止密码子性质的影响．结果表明,GTx和NIKS模体一定程度上决定eRF1识别终止密码子第1位碱基U和第2位碱基A;Y-C-F模体决定eRF1识别终止密码子UGA的第2位碱基G．模体内及其相邻氨基酸定点突变分析进一步支持以上结果．本研究推测,eRF1在进化过程中一些关键模体结构的改变决定其识别终止密码子的特异性,只能识别3个终止密码子中的1个或2个．随后,由于tRNA基因的突变产生阻抑性tRNA,促成终止密码子在原生动物纤毛虫中的重新分配．     

八肋游仆虫eRF3 C端的76个氨基酸对于释放因子eRF1a的结合不是必需的

以八肋游仆虫第二类肽链释放因子eRF3基因为模板,用PCR的方法获得eRF3的C端(eRF3C)和C端缺失76个氨基酸的突变体eRF3Ct片段,并构建重组表达质粒pGEX-6p-1-eRF3C和pGEX-6p-1-eRF3Ct,转入大肠杆菌BL21(DE3)中获得了可溶性表达。通过Glutathione Sepharose 4B柱亲和层析纯化,重组蛋白GST-eRF3C和GST-eRF3Ct获得纯化。Western blotting分析表明获得的蛋白为目的蛋白。PreScission酶切割后得到eRF3C和eRF3Ct蛋白。体外pull down分析显示eRF3C和eRF3Ct均能与八肋游仆虫第一类释放因子eRF1a相互作用,这表明八肋游仆虫eRF3 C端的76个氨基酸对于释放因子eRF1a的结合不是必需的。     

人eRF3a与survivinSE互作用的结构域分析

第二类肽链释放因子eRF3（eukaryotic polypeptide release factor）是一种GTPase,它促进第一类肽链释放因子eRFl的释放活性,并与细胞周期调控、细胞骨架组装、细胞凋亡和肿瘤形成等过程相关。哺乳动物细胞中eRF3有两种——eRF3a和eRF3b,分别由GSPTl和GSPT2（G1 to Sphase transition 1／2）基因编码。生存素（survivin）是迄今发现的最强有力的凋亡抑制因子,具有独特的结构和复杂的功能,不仅可以抑制细胞凋亡,还参与细胞有丝分裂、血管的生成等过程。eRF3和survivin都与细胞周期和细胞凋亡的调控相关。该实验室的前期研究表明,eRF3和survivin具有相互作用关系。该研究进一步对eRF3a进行截短突变。采用酵母双杂交和pull．down两种分析方法依次验证eRF3a（1．72aa）和eRF3a（1—36aa）与survivin的相互作用关系。结果表明,eRF3a（1．72aa）和eRF3a（1—36aa）均可以与survivin相互作用,由此确定eRF3a与survivinf相互作用的最小结构域位于其N末端1-36aa之间,从而为进一步证实eRF3a的N端结构域与survivin协同作用参与细胞周期和细胞凋亡的调控提供了数据支持。     

人eRF3a与survivin相互作用的结构域分析

第二类肽链释放因子eRF3(eukaryotic polypeptide release factor)是一种GTPase,它促进第一类肽链释放因子eRF1的释放活性,并与细胞周期调控、细胞骨架组装、细胞凋亡和肿瘤形成等过程相关。哺乳动物细胞中eRF3有两种——eRF3a和eRF3b,分别由GSPT1和GSPT2(G1 to S phase transition 1/2)基因编码。生存素(survivin)是迄今发现的最强有力的凋亡抑制因子,具有独特的结构和复杂的功能,不仅可以抑制细胞凋亡,还参与细胞有丝分裂、血管的生成等过程。eRF3和survivin都与细胞周期和细胞凋亡的调控相关。该实验室的前期研究表明,eRF3和survivin具有相互作用关系。该研究进一步对eRF3a进行截短突变,采用酵母双杂交和pull-down两种分析方法依次验证eRF3a(1-72aa)和eRF3a(1-36aa)与survivin的相互作用关系。结果表明,eRF3a(1-72aa)和eRF3a(1-36aa)均可以与survivin相互作用,由此确定eRF3a与survivin相互作用的最小结构域位于其N末端1-36aa之间,从而为进一步证实eRF3a的N端结构域与survivin协同作用参与细胞周期和细胞凋亡的调控提供了数据支持。     

游仆虫肽链释放因子eRF1对编程性翻译移码的影响

编程性翻译移码是mRNA翻译为多肽链时核糖体沿mRNA正向或反向滑动1个碱基才能表达出1个完整多肽链的现象. 人的肽链释放因子eRF1对HIV-1病毒的编程性-1移码有直接的影响. 而且在频繁发生编程性+1移码的单细胞真核生物游仆虫中,肽链释放因子eRF1对编程性移码也有明显的影响. 为进一步研究eRF1中影响编程性翻译移码的关键序列及调控机理,本研究将含有不同终止密码子的移码序列和已报道的游仆虫移码基因Ndr2分别插入双荧光素酶报告基因中,成功建立了可在酵母中进行研究的编程性移码报告检测体系. 利用游仆虫肽链释放因子Eo-eRF1b的N结构域和酵母肽链释放因子Sc eRF1的MC结构域构建了杂合肽链释放因子(Eo/Sc eRF1),检测Eo-eRF1b N结构域中的不同突变位点对移码效率的影响. 结果表明,游仆虫肽链释放因子eRF1b中YCF区的突变能明显促进含终止密码UAA的移码序列的移码,推测这可能是由于eRF1突变体降低了对UAA的识别所导致. 此外,杂合肽链释放因子Eo/Sc eRF1能够有效地提高移码基因Ndr2的移码效率. eRF1b中YCF区的突变同样能明显促进 Ndr2的移码. 因此, 游仆虫肽链释放因子YCF区的特殊序列可能是这种生物中发生编程性移码频率较高的原因之一. 本研究为探讨纤毛虫编程性翻译移码调控机制提供了实验数据.     

游仆虫第一类肽链释放因子在大肠杆菌中的表达、纯化和鉴定

为对肽链释放因子结构与功能进行研究 ,进而探讨纤毛虫这类生物中遗传密码表达特殊性的机理 ,利用PCR技术和基因重组技术构建了游仆虫第 1类肽链释放因子eRF1a及C端带 6个组氨酸的eRF1a(His) 6的两个重组表达质粒pBV2 2 1 eRF1a和pBV2 2 1 eRF1a(His) 6.在大肠杆菌DH5α中 ,通过 4 2℃高温诱导 3h ,eRF1a和eRF1a(His) 6获得了可溶性表达 .eRF1a(His) 6的表达水平达到可溶性细菌总蛋白约 8% ,经Ni NTA亲和层析和HitrapQ离子交换层析 ,得到纯度较好的eRF1a(His) 6.Western印迹鉴定为阳性     

八肋游仆虫两类释放因子的相互作用

从八肋游仆虫中克隆到两类释放因子基因Eo-eRFI和Eo-eRF3。在Eo-eRF3基因的阅读框中有3个通用的终止密码子UGA,在此编码半胱氨酸。为了研究两类释放因子的相互作用,用PCR的方法对3个位点进行了定点突变,将UGA突变为通用的编码半胱氨酸的密码子UGU。突变结果经测序确认后,在大肠杆菌中获得全长Eo-eRF3的正确表达。在此基础上,构建酵母双杂交重组质粒,用该系统检测了游仆虫两类释放因子的相互作用。结果显示,两类释放因子在生物体内形成复合体,从而在较原始的真核生物中,证实了两类释放因子的相互作用关系。