tRNA衍生片段和tRNA半分子的生物学功能及其在疾病发生中的作用

tRNA衍生片段(tRNA-derived RNA fragment,t RF)和tRNA半分子(tRNA halves,ti RNA)由成熟tRNA或其前体tRNA在不同位点特异性剪切产生,它们是一类广泛存在于原核生物和真核生物转录组中的非编码小RNA分子.t RF主要有tRF-5、tRF-3和tRF-1等3亚类,分别来自成熟tRNA的D环至反密码环茎区间切割至5′端、T环开始至3′端和前体tRNA的3′端尾部,其长度为14~30个核苷酸(nucleotide,nt).ti RNA主要有5′ti RNA和3′ti RNA等2亚类,是在成熟tRNA反密码子环处切割分别产生,其长度为29~50 nt.t RF和ti RNA具有多种生物学功能,既可以在应激反应中作为信号分子,又可以作为基因表达的调节者.它们与人类多种疾病(如肿瘤、神经退行性疾病、代谢性疾病和传染病等)的发生密切相关,有希望成为疾病诊断的新型标志物.本文就t RF和ti RNA的分类、生物学功能以及与人类疾病的关系作一综述.     

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来源的小片段RNA——新的基因表达调控因子

转移核糖核酸(tRNA)是蛋白质合成的关键接头分子,特异性识别信使RNA(mRNA)的密码子信息,将其接载的氨基酸基团掺入到新生多肽链中。最新研究表明,在很多物种中,在某些特定情况下,tRNA或其前体被特异性剪切产生tRNA来源的小片段RNA(tRNA-derived fragment,tRF)。这类tRF是一类新的基因表达调控因子,其发挥作用的机制多样,如某些tRF以microRNA方式抑制mRNA翻译;某些tRF作为逆转录病毒RNA基因组的逆转录引物;而某些tRF参与了前体rRNA剪切复合物的组装。此外,细胞受胁迫产生的带有多聚鸟苷酸模块的tRF则会竞争性抑制延伸因子elF4G与mRNA的结合,从而抑制蛋白质翻译。随着研究的继续深入,对tRF的发生发展、作用机制以及在疾病中的潜在作用将会进一步丰富。拟从tRF作为新的基因表达调控分子的角度,简要介绍tRF发挥作用的分子机制。     

rRNA衍生片段的研究进展

rRNA衍生片段（rRNA-derived fragment,rRF）是近年来进入人们视野的一种新型小分子非编码RNA,它是成熟完整的rRNA在特定条件下裂解产生的一种小RNA片段。rRF的生物学功能不同于其亲本rRNA,是一种新型的小调控RNA,通过调控基因表达在细胞增殖、应激诱导、炎症反应和代谢调节等方面发挥重要作用。本文综述了rRF在生物学领域的最新研究进展,包括其主要产生机制和功能,以期为rRF的进一步研究提供参考。

     

膜上tRNA结合蛋白的分离与初步鉴定

用ＴｒｉｔｏｎＸ－１１４分相法分离啤酒酵母的膜总蛋白,经过酵母ｔＲＮＡ分子交联的Ｓｅｐｈａｒｏｓｅ４Ｂ亲和层析,用０－０．８ｍｏｌ／Ｌ（ＮＨ４０２ＳＯ４梯度缓冲液洗脱ｔＲＮＡ结合的蛋白质。凝胶阻滞电泳实验室鉴定出两种主要的与ｔＲＮＡ分子特异性结合的蛋白质。     

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。     

氨酰tRNA合成酶的分子网络和功能

氨酰tRNA合成酶是生命进化过程中最早出现的一类蛋白质,氨酰tRNA合成酶帮助氨基酸转移到相应的tRNA上,进而参与蛋白质的合成保证了生命体的严谨性和多样性.随着后基因组时代的到来,氨酰tRNA合成酶的结构和功能成为新的研究热点.结构生物学和生物信息学的研究结果表明,氨酰tRNA合成酶在真核生物体内以多聚复合物的形式行使功能,形成复杂的分子网络体系.最新的实验证据显示,氨酰tRNA合成酶不但是蛋白质合成过程中一类最重要的酶,而且参与了转录、翻译水平的调控、RNA剪接、信号传导和免疫应答等众多生命活动.     

来源于tRNA的小分子RNA——降解碎片还是新的调控分子

具有经典三叶草结构的tRNA作为细胞蛋白质合成机器的重要元件,已经拥有几十年深入细致的研究历史.但是,对于其功能的认识远没有止境,尤其在其作为潜在的基因表达调控分子前体的功能目前正逐渐被人们认识.最新的多项研究结果表明,在多种细胞系中通过高通量测序发现某种来源于tRNA的小片段RNA,这些剪切产物被认为与多种microRNA加工体系关键分子(如Dicer、Ago家族中的蛋白质)具有相互作用的能力.同时,报告基因检测系统的研究结果也暗示,这些小片段RNA具有类似microRNA的潜在调控功能,可能在细胞应对外界环境刺激时发挥重要的调节作用.如其具体的作用机制能够被更多的实验结果阐明,将极大地扩展我们对于非编码RNA调控功能的认识.     

氨酰-tRNA合成酶对tRNA的识别

氨酰-tRNA合成酶(aaRS)与tRNA的相互作用保证了蛋白质生物合成的忠实性. 氨酰-tRNA合成酶对tRNA识别的专一性依赖于aaRS特定的催化结构域和tRNA分子特异的三级结构构象. 反密码子和接受茎(包括73位)在大多数aaRS对tRNA分子的识别过程中起着关键作用, 其他部位如可变口袋、可变(茎)环等, 甚至修饰核苷酸对于一些识别过程也有重要作用.     

tsRNAs的作用机制及其在相关疾病中的潜在应用*

近年来,转运RNA(transfer RNA,tRNA)衍生的小RNA(tRNA-derived small RNA,tsRNAs)被认为是一种新的、潜在的非编码RNAs(non-coding RNA,ncRNAs)。根据在前体或成熟tRNA上切割位置的不同,tsRNAs主要被分为两种类型,即tRNA halves(tRNA-derived stress-induced RNA,tiRNAs)和tRNA衍生片段(tRNA-derived fragment,tRFs)。越来越多的证据表明,tsRNAs参与翻译起始抑制、基因沉默和调节核糖体发生等多种细胞代谢过程,并在癌症、神经退行性疾病、代谢性疾病和病毒感染等相关疾病的发生、发展中都起着重要的作用。综述tsRNAs生物学功能和作用机制及其在相关疾病中的潜在应用,总结tsRNAs研究目前存在的问题和未来的研究方向。     

Genome-wide Identification and Quantitative Analysis of Cleaved tRNA Fragments Induced by Cellular Stress

Certain stress conditions can induce cleavage of tRNAs around the anticodon loop via the use of the ribonuclease angiogenin. The cellular factors that regulate tRNA cleavage are not well known. In this study we used normal and eIF2α phosphorylation-deficient mouse embryonic fibroblasts and applied a microarray-based methodology to identify and compare tRNA cleavage patterns in response to hypertonic stress, oxidative stress (arsenite), and treatment with recombinant angiogenin. In all three scenarios mouse embryonic fibroblasts deficient in eIF2α phosphorylation showed a higher accumulation of tRNA fragments including those derived from initiator-tRNA^Met. We have shown that tRNA cleavage is regulated by the availability of angiogenin, its substrate (tRNA), the levels of the angiogenin inhibitor RNH1, and the rates of protein synthesis. These conclusions are supported by the following findings: (i) exogenous treatment with angiogenin or knockdown of RNH1 increased tRNA cleavage; (ii) tRNA fragment accumulation was higher during oxidative stress than hypertonic stress, in agreement with a dramatic decrease of RNH1 levels during oxidative stress; and (iii) a positive correlation was observed between angiogenin-mediated tRNA cleavage and global protein synthesis rates. Identification of the stress-specific tRNA cleavage mechanisms and patterns will provide insights into the role of tRNA fragments in signaling pathways and stress-related disorders.     

假基因鉴定及其功能分析

被称为"垃圾基因"的假基因是真核生物基因组中的重要组成部分。近年来对假基因的功能研究表明其并非是基因组中的沉默成员。如一些假基因参与RNA转录,一些假基因转录本能够形成小干扰RNA(siRNA),通过小RNA干扰作用调节功能基因。另外,还有研究发现,一些假基因能够通过microRNA调节肿瘤抑制因子。然而,对假基因功能的深入挖掘需要建立在对其更精准、更全面的鉴定基础之上。随着各物种全基因组测序的完成及序列比对算法的完善,全面而又精确地鉴定假基因已经成为可能。下文就近年来假基因相关鉴定方法、调节功能以及在进化上的意义进行了阐述,并对未来假基因研究方向进行了展望。     

tRFs结构及其生物学功能

tRFs（tRNA-derived RNA fragments）是来源于tRNA的小分子非编码RNA,由前体tRNA或成熟tRNA经加工和修饰而成,在生物界中广泛存在。tRFs深度测序结果表明,tRFs可能并不是由tRNA随机裂解产生的,而是通过某个特定机制生成。根据来源不同,tRFs可被分为tRF-1、tRF-2、tRF-3、tRF-5和tiR。tRFs具有类似于miRNA的调控功能,并能参与调控基因转录和翻译,细胞增殖以及细胞应激反应。新近研究表明,乳腺癌细胞中某些特异性的tRFs（如tRF^GlyTCC和tRF^AspGTC）,可通过与Y-box结合蛋白1（Y box binding protein 1, YB-1）结合进而抑制癌细胞的生长和转移。另有研究表明,tRFs还可通过细胞色素c介导的信号转导途径来发挥其抑制癌细胞凋亡的功能。由此可见,tRFs在调控癌症发生发展过程中也具有重要调控作用,然而其机制仍不清楚。本文综述了tRFs结构和分布、生物学功能及其作用机制的研究现状,旨在为tRFs相关研究提供参考。     

Classical molecular dynamics simulation of seryl tRNA synthetase and threonyl tRNA synthetase bound with tRNA and aminoacyl adenylate

Lacunae of understanding exist concerning the active site organization during the charging step of the aminoacylation reaction. We present here a molecular dynamics simulation study of the dynamics of the active site organization during charging step of subclass IIa dimeric SerRS from Thermus thermophilus (^ttSerRS) bound with ^tttRNA^Ser and dimeric ThrRS from Escherichia coli (^ecThrRS) bound with ^ectRNA^Thr. The interactions between the catalytically important loops and tRNA contribute to the change in dynamics of tRNA in free and bound states, respectively. These interactions help in the development of catalytically effective organization of the active site. The A76 end of the ^tttRNA^Ser exhibits fast dynamics in free State, which is significantly slowed down within the active site bound with adenylate. The loops change their conformation via multimodal dynamics (a slow diffusive mode of nanosecond time scale and fast librational mode of dynamics in picosecond time scale). The active site residues of the motif 2 loop approach the proximal bases of tRNA and adenylate by slow diffusive motion (in nanosecond time scale) and make conformational changes of the respective side chains via ultrafast librational motion to develop precise hydrogen bond geometry. Presence of bound Mg²⁺ ions around tRNA and dynamically slow bound water are other common features of both aaRSs. The presence of dynamically rigid Zinc ion coordination sphere and bipartite mode of recognition of ^ectRNA^Thr are observed.     

RNA结合模体蛋白3对细胞总蛋白质合成的影响及其靶基因的鉴定

RNA结合模体蛋白3 (RNA binding motif protein 3, RBM3) 受低温应激产生,参与介导亚低温的神经保护功能,但其作用机制及其下游靶分子尚不清楚。本研究构建了人RBM3基因的重组表达质粒,运用一种新型的、非放射性方法即翻译表面感应 (surface sensing of translation, SUnSET) 来检测RBM3过表达对细胞总蛋白质合成(global protein synthesis, GPS)的影响。结果显示,RBM3过表达使细胞总蛋白质的合成水平上调23.7% (P < 0.001),这与RBM3过表达引发的真核翻译延伸因子2 (eukaryotic translation elongation factor 2, eEF2)及真核翻译起始因子2α (eukaryotic initiation factor 2α, eIF2α) 的活性增高相一致。对RBM3可能的下游靶基因内质网蛋白3 (reticulon 3,RTN3),以及Yes相关蛋白1 (Yes-associated protein 1,YAP1) 的表达进行分析。结果显示,RBM3使RTN3及YAP1在蛋白质水平的表达分别提高了51.7% (P < 0.01) 与43.3% (P < 0.01)。与蛋白质水平变化相比,RBM3使YAP1在mRNA水平上调了2.0倍 (P < 0.001),但对RTN3的mRNA表达未见显著影响。以上研究表明,SUnSET是一种稳定、可靠的细胞GPS的检测手段;RBM3可显著促进细胞GPS,且对其下游基因RTN3和YAP1存在靶向关系。本研究的结果为深入探讨RBM3的神经保护作用机制提供了理论基础。     

细菌全局性调控因子CsrA的结构与功能

碳存储调控因子A (carbon storage regulator, CsrA) 是一种RNA结合蛋白,在细菌的碳代谢、生物被膜形成、运动性、病原菌毒力、群体感应、环二鸟苷酸信号合成、应激感应等多种生理过程中具有重要调节功能,是全局性调控蛋白.它通过与靶标mRNA的特异结合,抑制其翻译或增强其稳定性来调控下游基因的表达,属于转录后调控因子的范畴.CsrA蛋白的表达与活性受碳存储调控(Csr)系统本身多个自主调节回路的精密控制：　一些小的非编码RNA (snmRNAs,如CsrB/C）作为拮抗因子与CsrA二聚体结合并抑制其活性;而这些snmRNAs在体内又可在CsrD的辅助下被核糖核酸内切酶E和多核苷酸磷酸化酶降解,释放CsrA的活性.当前,对于Csr系统的调节作用、调控通路与机制的研究是细菌学研究的热点,本文综述了该蛋白及Csr系统的结构、功能和作用机制的最新研究进展.     

Identification of Lethal Mutations in Yeast Threonyl-tRNA Synthetase Revealing Critical Residues in Its Human Homolog

Aminoacyl-tRNA synthetases (aaRSs) are a group of ancient enzymes catalyzing aminoacylation and editing reactions for protein biosynthesis. Increasing evidence suggests that these critical enzymes are often associated with mammalian disorders. Therefore, complete determination of the enzymes functions is essential for informed diagnosis and treatment. Here, we show that a yeast knock-out strain for the threonyl-tRNA synthetase (ThrRS) gene is an excellent platform for such an investigation. Saccharomyces cerevisiae ThrRS has a unique modular structure containing four structural domains and a eukaryote-specific N-terminal extension. Using randomly mutated libraries of the ThrRS gene (thrS) and a genetic screen, a set of loss-of-function mutants were identified. The mutations affected the synthetic and editing activities and influenced the dimer interface. The results also highlighted the role of the N-terminal extension for enzymatic activity and protein stability. To gain insights into the pathological mechanisms induced by mutated aaRSs, we systematically introduced the loss-of-function mutations into the human cytoplasmic ThrRS gene. All mutations induced similar detrimental effects, showing that the yeast model could be used to study pathology-associated point mutations in mammalian aaRSs.     

The Many Virtues of tRNA-derived Stress-induced RNAs (tiRNAs): Discovering Novel Mechanisms of Stress Response and Effect on Human Health

In mammalian cells, mature tRNAs are cleaved by stress-activated ribonuclease angiogenin to generate 5′- and 3′-tRNA halves: a novel class of small non-coding RNAs of 30–40 nucleotides in length. The biogenesis and biological functions of tRNA halves are emerging areas of research. This review will discuss the most recent findings on: (i) the mechanism and regulation of their biogenesis, (ii) their mechanism of action (we will specifically discuss their role in the protein synthesis inhibition and the intrinsic pathway of apoptosis), and (iii) their effects on the human physiology and disease conditions.