侧翼序列与基因的转录调控有关巴黎人app397997,

作者:巴黎人-人群养生

关于新P -体的形成,已知蛋白质的翻译后修饰,例如磷酸化和泛素化,具有重要贡献。例如,去盖酶dc1 / 2的磷酸化对于P -体的形成和定位是必不可少的。此外,这些酶的泛素化在P -体组装中起着不可或缺的作用,无论是独立的还是通过调节其他P -体相关蛋白的磷酸化。除了这些生理上的改变之外,某些应激条件,例如葡萄糖缺乏和渗透应激,也已知会增加新的P -体的形成。

Takamizawa等发现肺癌病人的let-7表达显著降低,并且这导致这些病人更差的预后,非小细胞肺癌病人的let-7表达水平越低,其预后越差,术后生存期越短。体外组织培养实验表明,在人的肺癌细胞中瞬时的表达let-7可以抑制细胞的增殖,这也说明let-7在肺组织中可能是一个抑癌基因。实验表明,在人类细胞中let-7通过3’非翻译区域直接抑制癌基因Ras的表达。大约有15-30%的人类肿瘤都含有Ras突变,而激活的突变导致这个蛋白表达上升可以引起细胞转化。因此,能够调节Ras蛋白表达的let-7,可以控制细胞的增殖速度。

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核心提示:Micro RNA简介微小RNA是生物体内源长度约为20-23个核苷酸的非编码单链小分子RNA,通过与靶mRNA的互补配Micro RNA简介微小RNA是生物体内源长度约为20-23个核苷酸的非编码单链小分子RNA,通过与靶mRNA的互补配对而在转录后水平上对基因的表达进行负调控,导致mRNA的降解或翻译抑制。是由具有发夹结构的约70-90个碱基大小的单链RNA前体经过Dicer酶加工后生成,不同于siRNA但是和siRNA密切相关。第一个被确认的miRNA是在线虫中首次发现的lin-4和let-7,随后多个研究小组在包括人类、果蝇、植物等多种生物物种中鉴别出数百miRNA。到目前为止,已报道有几千种miRNA存在于动物、植物、真菌等多细胞真核生物中,进化上高度保守。Micro RNA产生机理miRNA 是转录后长片段的 RNA 分子( pri-miRNA )的一部分,首先在细胞核内被双链 RNA 特异的核酸酶Drosha处理成70-100 个核苷酸组成的发夹结构 RNA ( pre-miRNA )。这一发夹结构 RNA 运输到细胞质,被另一个双链 RNA 特异的核酸酶 Dicer 剪切,得到 19-23 个核苷酸组成的成熟的 miRNA ,结合在与 RNA 介导的沉默复合物类似或者相同的复合物中,这个复合物参与了 RNA 干扰。由 miRNA 和靶基因 mRNA 的碱基配对引导 RISC降解目的片段或是阻碍其翻译过程。 miRNA 和它的目的 mRNA 互补的碱基配对决定了这个过程的特异性。通过抑制翻译还是降解发挥作用是由 miRNA 和它的目的 mRNA 之间的错配程度决定的,匹配程度高的目的 mRNA 将被降解。由于 miRNA 可以对不完全互补的 mRNA 配对来抑制蛋白质的翻译过程,因而每个 miRNA 可以有多个靶基因,而几个 miRNA可以调节同一个基因。这种复杂的调节网络既可以通过一个 miRNA 来经济地调控多个基因的表达,也可以通过几个 miRNA 的组合来精细调控某个基因的表达。对于基于 miRNA 调控基因表达的研究的逐步深入,将帮助我们理解高等真核生物的基因组的复杂性和复杂的基因表达调控网络。如下图所示Micro RNA的特征已经被鉴定的miRNA据推测大都是由具有发夹结构、约70个碱基大小形成发夹结构的单链RNA前体经过Dicer酶加工后生成的,有5’端磷酸基和3’羟基,大小约21—25nt的小分子RNA片断,定位于RNA前体的3’端或者5’端。 最近3个研究小组分别从线虫、果蝇和Hela细胞中鉴定的100个新miRNA中,有15%跨越线虫、果蝇和哺乳动物基因组具有高度的保守性(只有有1—2个碱基的区别),Lau 和Bartel 实验室的同事更加认为:所有的miRNA可能在其他物种中具有直向同源物(Ortholog,指那些起源于同一祖先,在不同生物体中行使同一功能的基因群就可比作为一个门类,这些类似的基因被称为“直向同源物”)。 Bantam 最早被认为是果蝇中参与细胞增殖的一个基因位点。已知几个包含增强子的转座子插入跨越这个位点的一段12.3kb区域会导致果蝇的眼和翅重复生长,而由转座子介导的一段跨越该位点的23kb片断缺失则导致突变果蝇个体小于野生型果蝇。Cohen和同事用一段3.85kb的片断导入21kb片断缺失的果蝇中使其恢复原来的大小。但是奇怪的是表达这个3.85kb片断中的EST却没有同样的效果。Cohen将这个片断和疟蚊Anopheles gambiae的同源序列进行比较,发现一段90bp的高度保守区,经过RNA folding program 发现这个保守序列可以形成发夹结构,使得这个区段很象是一个miRNA的前体。这个结果经过Northern blot证实突变果蝇的幼体缺少一个21bp的bantam miRNA ,用这个90bp的mRNA前体经过一系列的“功能缺失”—“功能恢复”实验,证实 bantam miRNA在细胞增殖中的作用。研究人员用计算机程序检索在hid mRNA的3’非编码区找到了bantam的3个潜在的结合位点( hid是果蝇中一个诱导凋亡的基因),并证实 bantam miRNA抑制hid 的翻译而非转录。 miRNA的表达方式各不相同。部分线虫和果蝇的miRNA在各个发育阶段的全部细胞中都有表达,而其他的miRNA则依据某种更为严谨的位相和时相的表达模式(a more restricted spatial and temporal expression pattern)——在不同组织、不同发育阶段中miRNA的水平有显著差异。Micro RNA的功能对microRNA的研究正在不断增加,原因是科学家开始认识到这些普遍存在的小分子在真核基因表达调控中有着广泛的作用。在线虫,果蝇,小鼠和人等物种中已经发现的数百个miRNA中的多数具有和其他参与调控基因表达的分子一样的特征——在不同组织、不同发育阶段中miRNA的水平有显著差异,这种miRNA表达模式具有分化的位相性和时序性( differential spatial and temporal expression patterns),提示miRNA有可能作为参与调控基因表达的分子,因而具有重要意义。 第一个被确认的miRNA——在线虫中首次发现的lin-4 和let-7,可以通过部分互补结合到目的mRNA靶的3’非编码区,以一种未知方式诱发蛋白质翻译抑制,进而抑制蛋白质合成,通过调控一组关键mRNA的翻译从而调控线虫发育进程。 bantam miRNA是第一个被发现有原癌基因作用的miRNA。除了lin-4、let-7,已知还有一些miRNA可能参与在细胞分化和组织发育过程中起重要作用的基因的转录后调控,例如mir-14、mir-23 等。 在植物miRNA的研究中有两条线索提示miRNA可能参与植物的发育过程。一是在carpel factory 突变株中3个miRNA的表达水平显著下降。CARPEL FACTORY 是一个类似Dicer的酶,参与植物的发育,其缺失突变株表现为胚胎和叶片发育的缺陷。实验结果提示这种缺陷是由于缺少miRNA加工而造成的。多数的植物miRNA在某些特定组织中高水平表达也提示他们可能参与了植物组织的发育。 对一部分miRNA的研究分析提示:miRNA参与生命过程中一系列的重要进程,包括早期发育,细胞增殖,细胞凋亡,细胞死亡。此外,一个研究表明,2个miRNA水平的下降和慢性淋巴细胞白血病之间的显著相关,提示miRNA和癌症之间可能有潜在的关系。 由于miRNA存在的广泛性和多样性,提示miRNA可能有非常广泛多样的生物功能。尽管对miRNA的研究还处于初级阶段,据推测miRNA在高级真核生物体内对基因表达的调控作用可能和转录因子一样重要。有一种看法是:miRNA可能代表在一个新发现的层次上的基因表达调控方式。 然而,大多数miRNA的功能仍然是个谜。其机理和功能见下图巴黎人app397997 1

侧翼序列

侧翼序列 flanking sequence,即在每个基因序列的5’和3’端两侧的不转录序列。启动子在5’,终止子和多聚腺苷酸信号在3’,增强子两侧都可能存在。侧翼序列与基因的转录调控有关。

  • 启动子 promoter
    由一组段序列元件簇集在一个基因编码序列的上游构成,多位于基因起始点上游100-200bp范围;转录因子与之结合后,激活RNA聚合酶,启动RNA合成。

    • TATA框 TATA box
      在转录起始点5’端上游-25~-30bp处有高度保守序列,由7个碱基构成,即TATAA(T)AA(T),两个碱基可变化。转录因子TFⅡ与之结合,再与RNA聚合酶Ⅱ形成复合物,识别转录起始点,启动基因转录。
    • CAAT框 CAAT box
      在转录起始点5’端上游-70~-80bp处有高度保守序列,由9个碱基构成,即GGC(T)CAATCT,一个碱基可变化。转录因子CTF与之结合,提高转录效率。
    • GC框 GC box
      某些基因没有上述两种元件,但含GC框,即GGCGGG,转录因子Sp1与之结合,促进转录。
  • 增强子 enhancer

    • 短序列元件,特异性与调节蛋白结合,在启动子和增强子间形成DNA环,使增强子的结合蛋白与启动子的结合蛋白相互作用、或与RNA聚合酶相互作用,增强基因的转录活性。
    • 启动子位于基因上游,起始点相对恒定;增强子可以位于任何位置,且功能与位置和序列方向无关,可以5’-3’方向,也可以是3’-5’方向。
  • 沉默子 silencer
    与增强子具有相似的性质,但是,是抑制特定基因转录活性的调节元件。

  • 终止子 terminater
    由AATAAA和一段回文序列组成,AATAAA是多聚腺苷酸(polyA)的附加信号,回文序列转录后形成发夹结构,阻碍RNA聚合酶继续移动,转录终止。

侧翼序列是个新名词,实际是一段有效地基因序列中,不负责编码的那些部分。


后来发现,P -体对于mRNA衰变是不可或缺的。在这种情况下,最近的一项研究表明,缺乏P -体的酵母菌株会发生mRNA延迟。因此,P -体在mRNA衰退中扮演什么角色还不确定。一种假设是,它们充当翻译抑制的mRNA和非活性mRNA衰变酶的储存位点。

miRNA在正常生理过程中的作用目前只有一小部分miRNAs生物学功能得到阐明。这些miRNAs调节了细胞生长,组织分化,因而与生命过程中发育、疾病有关。通过对基因组上 miRNA的位点分析,显示其在发育和疾病中起了非常重要的作用。一系列的研究表明:miRNAs在细胞生长和凋亡,血细胞分化,同源异形盒基因调节,神经元的极性,胰岛素分泌,大脑形态形成,心脏发生,胚胎后期发育等过程中发挥重要作用。例如,miR-273和lys-6编码的miRNA,参与线虫的神经系统发育过程;miR-430参与斑马鱼的大脑发育;miR-181控制哺乳动物血细胞分化为B细胞;miR-375调节哺乳动物胰岛细胞发育和胰岛素分泌;miR-143在脂肪细胞分化起作用;miR-196参与了哺乳动物四肢形成,miR-1与心脏发育有关。另有研究人员发现许多神经系统的 miRNAs在大脑皮层培养中受到时序调节,表明其可能控制着区域化的mRNA翻译。对于新的miRNA基因的分析,可能发现新的参与器官形成、胚胎发育和生长的调节因子,促进对癌症等人类疾病发病机制的理解。

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基因的基本组成

基因是具有功能的DNA序列片段,由编码序列和非编码序列交替构成,我们又称为割裂基因 split gene。人类基因主要由 外显子、内含子和侧翼序列组成。

许多具有低复杂性序列和LLPS相关RNA结合活性的结构域的P -体相关蛋白的浓度在形成新的P -体以及维持现有的P -体中起重要作用。翻译抑制的mRNA和多聚体相关RNA结合蛋白的存在对于维持P -体至关重要。

充当抑癌基因作用的miRNA:mir-125b-1,位于染色体的11q24脆性位点,乳腺癌、肺癌、卵巢癌、子宫癌病人中11q924位点常有缺失,而这一位点并不存在已知的抑癌基因。

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基因的表达

基因的表达是DNA序列的遗传信息通过转录产生的mRNA经过翻译,最终形成蛋白质的过程。基因的表达遵循共线性原理 colinearity principle ,即DNA的线性核苷酸序列以碱基三联体 base triple 形式被转录为RNA的线性核苷酸序列,RNA以密码子 condon 形式被解码形成特定多肽的线性氨基酸序列,这种DNA-RNA-Protein的信息传递方式被称为中心法则。反转录酶的存在,使DNA-RNA间为双向信息传递。

p -体是在细胞质中发现的动态核糖核蛋白颗粒。它们主要由翻译抑制的mRNA和与mRNA衰变机制相关的蛋白质组成。

Metzler等人发现,在BIC基因上具有一段138个核苷酸的保守序列,编码mir-155的发夹结构。该研究组还发现在Burkitt淋巴瘤中,miR-155表达量上升了100倍,此外的研究也发现,Hodgkin淋巴瘤等肿瘤中miR-155水平也有提高。因此,mir-155可能是作为一个癌基因和MYC协同作用,而其正常功能是在B细胞的分化中起作用,其可能的靶基因是那些对抗MYC信号通路的基因。

加拿大卡尔加里大学的Marvin J. Fritzler研究小组(Department of Biochemistry and Molecular Biology, Faculty of Medicine, University of Calgary, Calgary, Alberta, Canada)最近在《Plos One》上发表了题为《The MicroRNA and MessengerRNA Profile of the RNA-Induced Silencing Complex in Human Primary Astrocyte and Astrocytoma Cells》*的文章。 GW/P 体(GWB, glycine- and tryptophan-rich cytoplasmic processing bodies/mammalian processing bodies)是参与miRNA介导的信使RNA沉默和降解的细胞质核糖体蛋白富集中心。GW/P体中的mRNA调控功能是由GW182和它的结合配体hAgo2(human Argonaute 2)介导的,在RISC(RNA-Induced Silencing Complex)中hAgo2会结合miRNA。至今未见报道靶向RISC的miRNA和mRNA表达谱,或是比较RISC-特异的miRNA/mRNA在恶性细胞和非恶性细胞中表达谱差异。

翻译 translation

mRNA中间序列被翻译为氨基酸,5’和3’端是非翻译区 UTR,多数为第一和最后外显子序列,含有加帽和加尾序列。

  • 翻译过程
    多肽链是在mRNA、tRNA和核糖体协作下完成。核糖体是一个rRNA-Protein复合物,由60s和40s亚基构成。

    • 小亚基识别mRNA 5’的帽,沿序列移动到第一个起始密码子AUG,特别是,当AUG位于起始密码子识别序列GCCPuCCAUGG时才可以有效识别,尤其是AUG后的G,以及之前第三个核苷酸的嘌呤Pu,最好是A。
    • 多种tRNA携带不同的氨基酸,tRNA上的反密码子与mRNA上的密码子识别互补,大小亚基结合合成肽链。直至终止密码子 UAAUAGUGA。
    • 这个过程是多枚核糖体同时进行的,可形成多种肽链。mRNA 5’端对应氨基末端 NH2;3’端对应羧基端 COOH
  • 遗传密码的兼并性
    密码子共64个,但氨基酸仅20种,因此,不同密码子编码同一种氨基酸的特性称为遗传密码子的兼并性 degeneracy。

    • 此外,mRNA的密码子64个,细胞质tRNA的反密码子有30个,线粒体的tRNA的反密码子有22个。但翻译的过程仍可正常进行。因此,有观点认为存在摇摆假说 wobble hypothesis,即第一和二碱基遵循A-U,G-C规律,第三碱基可以发生摇摆。
  • 翻译后修饰
    多肽链在翻译后会发生复杂的修饰。有脱乙酰基、乙酰化、磷酸化、糖基化和切割,以及多条肽链的折叠连接等。

这部分是分子生物学的内容,所以很简单。也有一些名词被改变。


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