与内含子相邻的核苷酸是tRNA内切酶的识别特征

含有内含子的tRNA前体必须经过剪接反应加工成熟.顺序比较指出与内含子顺序相邻的核苷酸有一定的特异性.用寡核苷酸定点突变技术改变这2个位点的核苷酸,确定这些tRNA前体的剪接效率.结果如下:当37位和38位都是嘌呤核苷酸时,tRNA内切酶能够有效地酶切酵母 tRNA~(phe)前体;如果其中的 1个位点变成嘧啶核苷酸,但另1个位点的核苷酸是野生型的嘌呤核苷酸,tRNA前体的酶切效率将降低.如果2个位点的核苷酸都发生变异,其中1个是嘧啶核苷酸,另1个是变异的嘌呤核苷酸,tRNA前体的酶切效率就会进一步降低.如果2个位点都是嘧啶核苷酸,tRNA前体就难以为tRNA内切酶酶切了.由此提出,与内含子相邻的核苷酸也是tRNA由切酶识别的结构特征.tRNA前体的37位和38位核苷酸的改变可能影响剪接位点之间的距离或它们的精细结构,从而影响tRNA内切酶酶切的效率.     

编码酵母丙氨酸tRNA两个半分子的DNA的克隆

用DNA合成仪合成寡聚脱氧核苷酸。用T4-DNA连接酶把这些寡聚脱氧核苷酸重组成双链DNA。这两个双链DNA的上游是T7-启动子,下游分别编码酵母丙氨酸tRNA的5′半分子(1-35位核苷酸)和3′半分子(35-76位核苷酸)。再把这两个双链DNA克隆到PUC 12质粒中。经点杂交筛选和DNA顺序测定证明克隆是成功的。     

tRNA核酸内切酶的研究进展

tRNA在蛋白质合成过程中起着极其重要的作用。在所有的生物体内,tRNA首先以前体形式转录,然后必需经过一系列的加工后才能成为有功能的tRNA分子。tRNaseZ、RNaseP和tRNA剪接内切酶是参与tRNA前体加工的三种主要的核酸内切酶,分别参与tRNA前体3′末端、tRNA前体5′末端和内含子剪接的加工。这三种酶具有不同的结构特征,并且利用完全不同的催化机制水解磷酸二酯键。tRNaseZ和RNaseP都是金属酶,活性中心分别需要Zn^2＋和Mg^2＋的参与;而tRNA剪接内切酶活性中心不需要金属离子,是一个由不同催化亚基上的关键氨基酸残基构成的组合式活性中心。     

5′-和3′-末端带双羟基的寡聚核糖核苷酸具有不寻常的聚丙烯酰胺凝胶电泳行为

为了制备核糖核酸酶P的底物——人工合成的tRNA前体,我们用五核苷四磷酸_(HO)U_PC_PC_PA~*_PC_(OH)(~*P代表~(32)P)与天然的酵母丙氨酸tRNA或其5′半分子在T_4RNA连接酶催化下反应,连接产率甚低。但观察到一个很奇特的现象:不管何种反应条件,甚至不加tRNA和不加酶的对照实验中,经聚丙烯酰胺凝胶(PAG)电泳分析反应产物时发现,在约相当于RNA序列分析“梯子”18核苷酸(nt)处总     

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.     

酵母丙氨酸转移核糖核酸中十三核苷酸(23～35)类似物(CpGpCpGpCpUpCpCpCpUpUpIpGp)的合成

本文报道了利用酶促合成的方法(RNase N_1和T_4 RNA连接酶)合成了酵母丙氨酸转移核糖核酸分子中第23位到第35位的十三核苷酸的类似物CpGpCpGpCpUpCpCpCpUpUpIp-Gp(天然酵母丙氨酸tRNA中第26位是m_2~2G)。CpGpCpG是由CpG>p和CpG经RNase N_1酶催化合成的,产率为20%。十三核苷酸CpGpCpGpCpUpCpCpCpUpUpIpGp的合成是由T_4 RNA连接酶催化CpGpCpG与pCpUpCpCpCpUpUpIpGp之间的连接反应实现的,产率为80%。产物经双向电泳层析分析为一点,用蛇毒磷酸二酯酶部分酶解后的双向图谱分析证明十三核苷酸的核苷酸排列顺序正确。     

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.     

人线粒体tRNA修饰碱基与遗传性脑肌病

人的多种遗传疾病与线粒体tRNA基因突变有关,这些突变导致疾病发生的分子机理是当前研究的热点.通过研究线粒体tRNA分子上的碱基修饰情况,人们发现了一类特殊的带有牛磺酸衍生物基团的修饰,这类修饰主要位于线粒体tRNALys和线粒体tRNALeu(UUR)反密码子第一位摆动(wobble)位点的碱基上.最近的研究表明,位于这两种线粒体tRNA基因上的多种突变与遗传性脑肌病相关,包括A8344G,A3243G,T3271C等等,它们可以导致tRNA上相应摆动位点的碱基修饰缺失.无论是在体外培养的带有相应突变的细胞内,还是在来源于脑肌病病人的组织中,科学家都发现了相同的线粒体tRNA碱基修饰缺陷.通过分子手术证实,此类碱基修饰对于维持这两种tRNA的反密码子与mRNA上相应密码子的相互识别至关重要,缺失了这种修饰的tRNA将无法识别一些对应的密码子.通过进一步的实验,人们还鉴定出负责催化此类碱基修饰的酶.这些研究不但揭示了线粒体遗传性脑肌病相关突变的致病机理,也将为研究基因治疗提供可能的新手段.     

酵母tRNAAla中修饰核苷酸T54,Ψ55的生物功能

酵母tRNA^Ala的3′半分子与一个11聚的DNA片段(5′GGAATCGAACC3′)杂交后用RNase H酶解,该酶能在Ψ₅₅的3′侧定点剪切,这样就制备得片段C₃₆-Ψ₅₅该片段经1～2个高碘酸氧化和β-消去得片段C₃₆-T₅₄和C₃₆-G₅₃机器合成了3个酵母tRNA^Ala的片段,分别j是片段C₅₆-A₇₆,U₅₅-A₇₆(以U替代Ψ₅₅)和U₅₄-A₇₆(以UU替代T₅₄Ψ₅₅).合成和制备的片段以适当的组合用T₄RNA连接酶连接,产物是酵母tRNAtRNA^Ala的3′半分子或其类似物.3种3′半分子或其类似物分别与天然5′半分子连接得重组天然酵母tRNA^Ala(tRNAr)和2个酵母tRNA^Ala的类似物:(1)tRNAa(以U替代Ψ₅₅),(2)tRNAb(以UU替代T₅₄Ψ₅₅).体外测定了它们的丙氨酸接受活力和参入活力,发现酵母tRNA^Ala的类似物tRNAa和tRNAb与天然重组酵母tRNA^Ala相比,它们的氨基酸接受活力分别降低了25%和55%,参入活力分别降低了35%和30%.说明酵母tRNA^Ala中的修饰核苷酸T₅₄和Ψ₅₅对该tRNA的功能有重要的影响.     

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。     

2′-氟取代对T7 DNA连接酶连接效率的阻滞

为更好地理解连接酶的接合机制,研究了2′-氟取代核苷酸（2′-fluorinated nucleotide, FN）对T7 DNA连接酶接合特性的影响。利用分子信标的荧光信号变化来检测连接酶接合活性。结果显示,在连接酶作用的分子信标缺口处的5′端和3′端分别进行F取代时,对T7 DNA连接酶的接合效果分别阻滞（48.7±6.7）%和（70.6±4.0）%。在取代同时发生在5′端和3′端时,接合效果被阻滞（76.6±1.3）%。动力学参数的回归显示,FN取代会导致连接反应最大速率（Vmax）降低,同时导致米氏常数Km增大,说明酶和底物之间的亲和力在取代后减小。缺口两端的碱基错配也对酶接合反应效果产生一定的阻滞效应。本研究的结果和结论使对氟取代后,T7 DNA连接酶的接合特性有了更进一步的认识,为更好地应用T7 DNA连接酶接合活性提供有力的实用依据。     

人类线粒体tRNA生物合成与线粒体疾病

线粒体是普遍存在于真核细胞中的一类细胞器.每个线粒体含有多个拷贝的闭合环状双链DNA. 人类线粒体DNA (mitochondrial DNA, mtDNA)共编码22种线粒体tRNA(mitochondrial tRNA,mt tRNA), 2种rRNA 及13种多肽.mt tRNA独特的结构特点决定了它们与具有典型三叶草结构的细胞质 tRNA不同.编码mt tRNA的基因突变频率较高,这可能是引起线粒体功能障碍的主要原因之一. 同时 ,这与很多病理现象相关.目前发现,大量与mt tRNA生物代谢和功能相关的核因子包括加工内切酶、 tRNA修饰酶和氨酰-tRNA合成酶.这些核因子的异常导致了疾病相关的tRNA致病突变.由此可见mt tRNA功能对于线粒体活性的重要性.     

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,在细胞的各种生理过程中发挥重要的调控作用.但至今除了在大肠杆菌(Escherichia coli)和沃氏富盐菌(Haloferax volcanii)中发现了 tRF外,在其他原核生物中未见有关tRF的报道.本研究采用高灵敏度的Northern杂交技术对十字花科黑腐病菌(Xanthomonas campestris pv.campestris,Xcc)的苏氨酸-tRNA(threonine-tRNA,tRNAThr)和甲硫氨-tRNA(me-thionine-tRNA,tRNAMet)进行了检测.结果显示,除了检测到全长的成熟tRNAThr 和tRNAMet外,还检测到多个丰度各异的稳定的tRF,而且一些tRF的产生受营养胁迫的诱导.此外,我们还发现,编码tRNAMet的基因XC4381已经退化为非编码RNA基因.本研究证明了 tRF在Xcc中的存在,为深入研究tRF的功能,特别是在Xcc致病中的作用奠定了基础.     

一种小鼠新α干扰素亚型基因的发现、序列测定与表达

用引物测序法从小鼠cDNA库的克隆中发现一种小鼠新型α干扰素(简称mIFN-αB),其结果与已知基因库中所有的小鼠α干扰素不同.以后对其编码区及5’和3’端非翻译区的核苷酸序列共1.2kb进行了全顺序测定.结果申请加入了基因库.将此α干扰素基因装入表达载体中,在大肠杆菌中得到了很好的表达.     

单链胰岛素前体在酵母中的分泌表达及其转变成人胰岛素

将化学合成的单链猪胰岛素前体(PIP)基因和用聚合酶链反应得到的α交配因子前导顺序(αMFL)基因插入质粒pVT102-U的醇脱氢酶基因ADH1的启动子和3’终止顺序之间而生成质粒pVT102-U/αMFL-PIP.被pVT102-U/αMFL-PIP转化的酵母(Saccharomyces cerevistae)可表达单链前体并分泌到培养基中.前体在纯化后可通过胰蛋白酶的转肽作用转变成人胰岛素.纯化的人胰岛素具有全部活力并可结晶.人胰岛素的总收率为每升培养液25mg.     

植物tRNA新闻二则

由大肠杆菌和其他材料的研究结果得知,负责编码tRNA的基因,总是先转录为前体tRNA,然后切去头尾若干个核苷酸,加工出成熟tRNA分子,而且tRNA基因在细胞里具有中度重复顺序,不同种tRNA基因往往纵向成串排列;但没有发现过有内涵子(intron)。 1982年哈佛大学3位研究人员发现玉米叶绿体的tRNA_(UAA)~(Leu)基因中含有1个458个碱基     

人线粒体tRNA t6A修饰酶OSGEPL1的功能位点鉴定

tRNA t⁶A是一种进化上保守的转录后修饰,对翻译和蛋白质稳态平衡至关重要,其缺失严重影响细胞生命和高等生物的组织和器官发育.三界生物系统中的tRNA t⁶A修饰酶随着生物复杂性的增加而进化出多层次的调控机制.人YRDC和OSGEPL1负责线粒体中tRNA t⁶A的生物合成.YRDC催化L-threonine,HCO₃^-/CO₂和ATP生成TC-AMP中间体,其上的TC-基团由OSGEPL1催化转移至tRNA A37的第6位氮原子上,形成tRNA t⁶A.本研究分析了OSGEPL1与人线粒体tRNA的相互作用和其t⁶A催化活性之间的关系.基于OSGEPL1-tRNA复合体预测模型,进一步分析了OSGEPL1的金属离子结合位点、TC-AMP结合位点和tRNA结合位点.研究结果对于理解OSGEPL1-tRNA-TC-AMP复合体的分子识别和催化调控提供了理论见解和实验数据.     

大肠杆菌M增强子样序列结构和功能的研究

构建了以β-半乳精苷酶基因为报告基因,适用于原核增强序列研究的pAC载体.应用该载体进行的转录增强实验证明,一段已克隆的具有增强基因表达功能的大肠杆菌染色体M序列,对被调控基因的增强作用是发生在转录水平,其能使β-半乳糖苦酶基因特异性的mRNA转录增加6.5倍,与应用该载体测得的表达增强活性一致.通过构建一系列正、反向M序列缺失突变体并对其进行的研究表明,在靠近M序列5’端的340bp区域内存在3个相互作用、与增强活性密切相关的部位,分别位于M序列3’端上游770,610和470bp处.应用PCR技术对大肠杆菌染色体对应于M序列5’端上游207bp进行了克隆,研究显示M序列具有功能上的完整性.     

siRNA表达载体的构建及其表达

本研究用限制性内切酶消化质粒pCMV-tag-2B,除去巨细胞病毒(Cytomegalovirus,CMV)启动子核苷酸序列,剩下的核苷酸序列作为构建表达siRNA(Smallinterfering RNA,siRNA)载体的前体.依据文献提供的扩增H1 RNA启动子核苷酸序列的引物序列合成一对引物,以带有H1 RNA启动子序列的质粒DNA为模板扩增H1RNA启动子序列,插入前体,构建SiRNA的表达载体pCH1.另外将H1 RNA启动子插入pGEM-11fz相应位点,构建瞬时表达载体pGH1.依据EGFP的有效SiRNA抑制位点,合成两条分别为64bp的核苷酸链,通过体外退火,形成双链,然后插入已构建的两个表达载体.将这两个载体分别与表达EGFP蛋白的质粒pEGFP-N3共转染Bel-7402细胞,观察siRNA对EGFP的抑制效应.研究结果表明构建的载体有效表达了siRNA,这些载体可以用于与siRNA相关抗病毒治疗性试验研究.     

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.