【正文】 第五章：翻譯調(diào)控 ? 基因表達(dá)主要分為 ? 兩個(gè)階段 ： 轉(zhuǎn)錄（及轉(zhuǎn)錄后加工） ? 翻譯（及翻譯后加工） ? 兩個(gè)層次 ： 以轉(zhuǎn)錄調(diào)控為主 。經(jīng)濟(jì)，避免浪費(fèi)； 以翻譯調(diào)控為輔 。自身需求，適應(yīng)環(huán)境 ? 前體 mRNA極易被胞內(nèi)酶系降解。半衰期很短（以分鐘計(jì)） ? 在 原核生物 中，轉(zhuǎn)錄與翻譯這兩個(gè)過程緊密偶聯(lián)，有助于避免 RNA被迅速降解。 ? 在 真核生物 中，轉(zhuǎn)錄和翻譯過程是分別在細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)在兩個(gè)場(chǎng)所進(jìn)行的，而且轉(zhuǎn)錄出的前體 mRNA必須經(jīng)過轉(zhuǎn)錄后加工成為成熟 mRNA，并被轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的特定部位才能被翻譯成蛋白質(zhì)。 ? mRNA降解是轉(zhuǎn)錄后調(diào)控的一種方式 在真核細(xì)胞中，前體 mRNA的加工與運(yùn)輸過程通常是同時(shí)進(jìn)行的。成熟 mRNA一旦進(jìn)入胞漿，就有可能被降解。 ? mRNA的運(yùn)輸和定位也是轉(zhuǎn)錄后調(diào)控的一種方式 在胞漿內(nèi) ,mRNA翻譯的分布是不均勻的 ,蛋白質(zhì)的分布也是不均勻的。這不是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)單純擴(kuò)散造成的，而是由于 mRNA的運(yùn)輸和定位決定的。 ? 一般把對(duì) mRNA成熟、降解和胞漿內(nèi)定位等翻譯起始前過程的調(diào)控統(tǒng)稱為 轉(zhuǎn)錄后調(diào)控 。 各種生物的蛋白質(zhì)翻譯體系大致相同： ? mRNA ? tRNA cis ? 核糖體 蛋白質(zhì)翻譯體系 ? 酶系 trans ? 細(xì)胞因子 ? 其他小分子 ? ? 翻譯的過程主要包括三個(gè)階段： 翻譯的起始、延伸和終止。 ? 蛋白質(zhì)翻譯后的多種加工方式： ? 修飾 (modification) ? 折疊 (folding) ? 分揀 (sorting) ? 運(yùn)輸 (traffiking) ? 定位 (targeting) ? 翻譯水平上的調(diào)控機(jī)制大致可分為兩種類型： 1. 不受環(huán)境因素影響的。這種機(jī)制包含在基因的 順式結(jié)構(gòu) 中； 2. 隨環(huán)境因素變化而調(diào)節(jié)的。這種機(jī)制是 反式作用的。 ? 翻譯調(diào)控主要表現(xiàn)為翻譯起始的調(diào)節(jié)。翻譯調(diào)控的關(guān)鍵在于 mRNA的結(jié)構(gòu)。 . 翻譯起始的調(diào)控 ? 一個(gè)成熟的 mRNA分子，其結(jié)構(gòu)不僅包括氨基酸順序的編碼序列，而且也包括其 5’和 3’兩端的非編碼區(qū)(untranslated region, UTR)。因此，蛋白質(zhì)的翻譯不僅與 mRNA的編碼序列有關(guān)，而且受 5’和 3’ UTR結(jié)構(gòu)的控制。 . 原核生物 mRNA模板的核糖體結(jié)合序列 ? 核糖體結(jié)合序列(Ribosome Binding Sequence, RBS)是指起始密碼 AUG上游 30－ 40堿基的一段 UTR。 RBS中有SD序列 (ShineDalgarno, SD)。 ? 經(jīng)計(jì)算機(jī)分析了 74種 原核生物的 mRNA，認(rèn)為 SD 序列為： 5’AAGGAGGU3’八 聚體，它和 16S rRNA 3’端 的 3’AUCCUCCA5’配對(duì)。其 中 GGAG是其核心。 . 真核生物 mRNA的 5’帽結(jié)構(gòu) 所有真核生物 mRNA 5’端都有以 5’5’磷酸二酯鍵相連 的帽結(jié)構(gòu) m7GpppN。 1976年 Shatkin就由體外試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，帽結(jié)構(gòu)具 有以下四個(gè)方面的作用： 1). 保護(hù) mRNA不被 5’外切酶降解 ,增加 mRNA穩(wěn)定性； 2). 有利于 mRNA從胞核向胞質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)； 3). 有增強(qiáng)翻譯的作用； 大量體內(nèi)和體外試驗(yàn)都證實(shí)，大多數(shù) mRNA的翻譯活性依賴于帽結(jié)構(gòu)。雖然未被甲基化的帽結(jié)構(gòu)也能保護(hù)轉(zhuǎn)錄物不被 5’外切酶核酸酶降解，但只有當(dāng)它被甲基化后，才能被有效地翻譯。 4). 5’帽結(jié)構(gòu)與 3’poly(A)尾對(duì) mRNA翻譯效率的調(diào)節(jié)有協(xié)同作用。 例外的情況： 屬于小 RNA病毒科 (picornavirus)的 (+)鏈 RNA卻沒 有 5‘帽結(jié)構(gòu)。例如：脊髓灰質(zhì)炎病毒、腦 心肌炎病毒、 口蹄疫病毒、丙型肝炎病毒和柯薩奇病毒 (coxsackie virus)等。 這些病毒侵入細(xì)胞后首先終止了宿主細(xì)胞的翻譯， 然后利用宿主細(xì)胞質(zhì)中的核糖體進(jìn)行以病毒 RNA為模板 的蛋白質(zhì)合成。核糖體通過直接與病毒 RNA 5’ UTR 結(jié) 構(gòu)中的 內(nèi)部核糖體進(jìn)入位點(diǎn) (Internal Ribosomeentry Site, IRES)相結(jié)合，進(jìn)行蛋白質(zhì)的翻譯。 . 翻譯起始密碼的位置及其旁側(cè)序列 ? 1). AUG的位置 ? 根據(jù)資料分析表明， 90－ 95％的真核mRNA的翻譯啟動(dòng)開始于最靠近其 5’端的第一個(gè)AUG密碼。這就是 第一 AUG規(guī)律 。如果在正常起始密碼子上游再引入一個(gè)帶 最適旁側(cè)序列 的AUG密碼時(shí)，會(huì)出現(xiàn)兩種情況： ? 如果新的閱讀框架與原閱讀框架不一致，結(jié)果會(huì)強(qiáng)烈抑制原有 AUG的啟動(dòng)，而表現(xiàn)為新插入 AUG的翻譯作用； ? 如果新插入的 AUG與原有閱讀框架保持一致，則新的 AUG代替原來的起始密碼，翻譯產(chǎn)物包含原表達(dá)蛋白。 ? 例外的情況： 在高等真核細(xì)胞中，一些原癌基因和生長(zhǎng)調(diào)節(jié) 因子基因產(chǎn)生的 mRNA 5’UTR內(nèi)往往有一個(gè)以上的 AUG， 其翻譯起始作用并不遵循第一 AUG規(guī)律。表明這些基因 的表達(dá)存在翻譯水平的調(diào)節(jié)。 ? 當(dāng)某些 mRNA5’ UTR區(qū)中存在一個(gè)以上 AUG密碼時(shí) , 其中只有一個(gè) AUG是主要讀框的翻譯起始位點(diǎn)。存在于 它上游的其他 AUG被稱為 “ 上游 AUG”。這些上游 AUG的存 在往往抑制其下游讀框的翻譯效率。例如，酵母細(xì)胞 中有正調(diào)控作用的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子 GCN4，其 mRNA 5’UTR 中含有四個(gè) ORF， 這些 ORFs對(duì)主要 ORF的翻譯有抑制作 用。 (童克中 《 基因表達(dá) 》 p268) 2). AUG的旁側(cè)序列 ? 在翻譯起始的調(diào)節(jié)中，除了 AUG的位置具有重要性 外， AUG的旁側(cè)序列與翻譯起始效率也有密切關(guān)系。 ? 在 原核 生物中，有人通過對(duì)大腸桿菌 lacZ基因進(jìn)行 突變研究，結(jié)果證明 AUG上游第一個(gè)三聯(lián)體以 UAU、 CUU 為最佳。而 UUC、 UUA或 AGG則降低翻譯效率 20倍。此外 ,AGG易與 SD序列混淆，應(yīng)予避免。 ? 在 真核 生物中， M. Kozak于 1987年通過對(duì) 699種脊 椎動(dòng)物 mRNA翻譯起始密碼 AUG 5‘和 3’兩側(cè)核苷酸序列的 分析，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)共有序列 (consensuse sequence),也 即 理想的旁側(cè)序列 。 ? Kozak對(duì) AUG 起始密碼兩側(cè)的核苷酸進(jìn)行過系統(tǒng) 的突變?cè)囼?yàn)，發(fā)現(xiàn) － 3位的 A和 ＋ 4位的 G對(duì)于 AUG被起始 識(shí)別具有顯著的促進(jìn)作用。如果－ 3位不是 A，則＋ 4位 的 G 對(duì)于有效的翻譯起始是必須的。 ? 1991年 Cavener等對(duì)真核 mRNA起始位點(diǎn)旁側(cè)序列做 了廣泛的統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，進(jìn)一步證實(shí)了－ 3位的 A是真核 生物 mRNA的普遍規(guī)律。并且發(fā)現(xiàn) 3,2和 1位具有較強(qiáng) 的三核苷酸傾向： 脊椎動(dòng)物最常見： ACC 和 GCC。 ? 非脊椎動(dòng)物最常見： AAA 和 ACA。 ? 脊椎動(dòng)物病毒： AAA。 真核基因 mRNA起始密碼旁側(cè)的共有序列 共 有 序 列 物種 321+1+2+3+4 脊椎動(dòng)物 GCCGCCACCAUGG G 植 物 AAAAAUGGC 果 蠅