基因表达的翻译调控

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1、第五章：翻译调控基因表达主要分为两个阶段：转录（及转录后加工）翻译（及翻译后加工）两个层次：以转录调控为主。经济，避免浪费；以翻译调控为辅。自身需求，适应环境前体mRNA极易被胞内酶系降解。半衰期很短（以分钟计）在原核生物中，转录与翻译这两个过程紧密偶联，有助于避免RNA被迅速降解。在真核生物中，转录和翻译过程是分别在细胞核与细胞质在两个场所进行的，而且转录出的前体mRNA必须经过转录后加工成为成熟mRNA，并被转运到细胞质内的特定部位才能被翻译成蛋白质。mRNA降解是转录后调控的一种方式在真核细胞中，前体mRNA的加工与运输过程通常是同时进行的。成熟mR

2、NA一旦进入胞浆，就有可能被降解。mRNA的运输和定位也是转录后调控的一种方式在胞浆内,mRNA翻译的分布是不均匀的,蛋白质的分布也是不均匀的。这不是因为蛋白质单纯扩散造成的，而是由于mRNA的运输和定位决定的。一般把对mRNA成熟、降解和胞浆内定位等翻译起始前过程的调控统称为转录后调控。各种生物的蛋白质翻译体系大致相同：mRNAtRNAcis-核糖体蛋白质翻译体系酶系trans-细胞因子其他小分子翻译的过程主要包括三个阶段：翻译的起始、延伸和终止。蛋白质翻译后的多种加工方式：修饰(modification)折叠(folding)分拣(sorting)运输

3、(traffiking)定位(targeting)翻译水平上的调控机制大致可分为两种类型：1.不受环境因素影响的。这种机制包含在基因的顺式结构中；2.随环境因素变化而调节的。这种机制是反式作用的。翻译调控主要表现为翻译起始的调节。翻译调控的关键在于mRNA的结构。5.1.翻译起始的调控一个成熟的mRNA分子，其结构不仅包括氨基酸顺序的编码序列，而且也包括其5’和3’两端的非编码区(untranslatedregion,UTR)。因此，蛋白质的翻译不仅与mRNA的编码序列有关，而且受5’和3’UTR结构的控制。5.1.1.原核生物mRNA模板的核糖体结合序列

4、核糖体结合序列(RibosomeBindingSequence,RBS)是指起始密码AUG上游30－40碱基的一段UTR。RBS中有SD序列(Shine-Dalgarno,SD)。经计算机分析了74种原核生物的mRNA，认为SD序列为：5’-AAGGAGGU-3’八聚体，它和16SrRNA3’端的3’-AUCCUCCA-5’配对。其中GGAG是其核心。5.1.2.真核生物mRNA的5’帽结构所有真核生物mRNA5’端都有以5’-5’磷酸二酯键相连的帽结构m7GpppN。1976年Shatkin就由体外试验结果发现，帽结构具有以下四个方面的作用：1).保护m

5、RNA不被5’外切酶降解,增加mRNA稳定性；2).有利于mRNA从胞核向胞质的转运；3).有增强翻译的作用；大量体内和体外试验都证实，大多数mRNA的翻译活性依赖于帽结构。虽然未被甲基化的帽结构也能保护转录物不被5’外切酶核酸酶降解，但只有当它被甲基化后，才能被有效地翻译。4).5’帽结构与3’poly(A)尾对mRNA翻译效率的调节有协同作用。例外的情况：属于小RNA病毒科(picornavirus)的(+)链RNA却没有5‘帽结构。例如：脊髓灰质炎病毒、脑-心肌炎病毒、口蹄疫病毒、丙型肝炎病毒和柯萨奇病毒(coxsackievirus)等。这些病毒侵

6、入细胞后首先终止了宿主细胞的翻译，然后利用宿主细胞质中的核糖体进行以病毒RNA为模板的蛋白质合成。核糖体通过直接与病毒RNA5’UTR结构中的内部核糖体进入位点(InternalRibosome-entrySite,IRES)相结合，进行蛋白质的翻译。5.1.3.翻译起始密码的位置及其旁侧序列1).AUG的位置根据资料分析表明，90－95％的真核mRNA的翻译启动开始于最靠近其5’端的第一个AUG密码。这就是第一AUG规律。如果在正常起始密码子上游再引入一个带最适旁侧序列的AUG密码时，会出现两种情况：如果新的阅读框架与原阅读框架不一致，结果会强烈抑制原有

7、AUG的启动，而表现为新插入AUG的翻译作用；如果新插入的AUG与原有阅读框架保持一致，则新的AUG代替原来的起始密码，翻译产物包含原表达蛋白。例外的情况：在高等真核细胞中，一些原癌基因和生长调节因子基因产生的mRNA5’UTR内往往有一个以上的AUG，其翻译起始作用并不遵循第一AUG规律。表明这些基因的表达存在翻译水平的调节。当某些mRNA5’UTR区中存在一个以上AUG密码时,其中只有一个AUG是主要读框的翻译起始位点。存在于它上游的其他AUG被称为“上游AUG”。这些上游AUG的存在往往抑制其下游读框的翻译效率。例如，酵母细胞中有正调控作用的转录调控

8、因子GCN4，其mRNA5’UTR中含有四个ORF，这些ORFs对