同义密码子使用模式对蛋白产物表达及构象形成的影响*

鉴于遗传密码子的简并性能够将基因遗传信息的容量提升,同义密码子使用偏嗜性得以在生物体的基因组中广泛存在。虽然同义密码子之间碱基的变化并不能导致氨基酸种类的改变,在研究mRNA半衰期、编码多肽翻译效率及肽链空间构象正确折叠的准确性和翻译等这一系列过程中发现,同义密码子使用的偏嗜性在某种程度上通过精微调控翻译机制体现其遗传学功能。同义密码子指导tRNA在翻译过程中识别核糖体的速率变化是由氨基酸的特定顺序决定,并且在新生多肽链合成时,蛋白质共翻译转运机制同时调节其空间构象的正确折叠从而保证蛋白的正常生物学功能。某些同义密码子使用偏嗜性与特定蛋白结构的形成具有显著相关性,密码子使用偏嗜性一旦改变将可能导致新生多肽空间构象出现错误折叠。结合近些年来国内外在此领域的研究成果,阐述同义密码子使用偏嗜性如何发挥精微调控翻译的生物学功能与作用。     

同义密码子通过精微翻译选择机制实现对基因的表达调控

自然界中,同义密码子的存在使得众多氨基酸能够同时被多种密码子编码合成。随着研究的深入,同义密码子使用偏嗜性发挥出的生物学功能已经渗透到了基因复制、转录、翻译以及化学修饰等生命活动过程中。基于同义密码子使用偏嗜性的生物学特性,陆续发现密码子对(codon pair)和密码子共现(codon co-occurrence)同样在使用模式上存在明显的偏嗜性。在基因表达的过程中,针对编码序列的密码子优化能够显著提升基因的表达水平,这在生物工程领域对于蛋白表达有着重要的生物学意义。此外,同义密码子使用模式在调控基因转录、化学修饰以及翻译过程中间接控制着细胞内生命活动的有序性。而这些与同义密码子使用模式有着千丝万缕联系的生命过程主要是受精微翻译选择压力来调控运行的。本文中,我们结合当前同义密码子使用模式介导的精微翻译选择压力,简述密码子使用模式如何从转录、化学修饰以及翻译等方面来影响基因表达及蛋白产物生物学功能。这将为今后生物工程学领域如何优化蛋白高效表达以及深入研究重要生物学活动中基因表达调控提供可参考的思路与理念。     

牛病毒性腹泻病毒基因组快速进化表现出来的遗传多样性

牛病毒性腹泻病毒（Bovine viral diarrhea virus, BVDV）基因组的高突变性和同源/异源重组性导致其成为一种较难防控的家畜病原体。目前普遍接受的两种基因型是BVDV-1和BVDV-2,其中基因1型含有21个亚型而基因2型含有4个亚型。在流行态势上,BVDV-1无论在遗传多样性还是分离毒株的数量上均高于BVDV-2。虽然BVDV-1和BVDV-2在基因组遗传特征上存在明显的遗传差异,但是其基因组内部特定区域在遗传进化上存在着密切关联。除了病毒基因组自身高变异的特性外,同源/异源RNA重组在BVDV遗传变异进程中也发挥着重要的作用。借助这些遗传进化的途径,BVDV在世界各地的流行传播可以用“随心所欲”来形容。BVDV的流行特征总体表现为基因1型的毒株为主要流行毒株,各基因亚型之间交替更迭并呈现遗传多样性。鉴于BVDV遗传进化的多变性和复杂性,紧密追踪主要流行基因亚型的更迭以及收集不同基因亚型的特征性遗传信息对于制定切实有效的BVDV防控措施具有实际意义。