真核生物翻译调控.doc

真核生物翻译的调控 原核生物基因表达的调控主要在转录水平上进行，而真核生物由于RNA较为稳定，所以除了存在转录水平的调控以外，在翻译水平上也进行各种形式的调控。 在蛋白质生物合成的起始反应中主要涉及到细胞中的四种装置,这就是:1.核糖体,它是蛋白质生物合成的场所;2.蛋白质合成的模板mRNA它是传递基因信息的媒介;3.可溶性蛋白因子,这是蛋白质生物合成起始物形成所必需的因子;4.tRNA,它是氨基酸的携带者。只有这些装置和谐统一才能完成蛋白质的合成。1、mRNA运输控制 运输控制（transport control）是对转录本从细胞核运送到细胞质中的数量进行调节。真核和原核生物不同，有一个核膜包被的核，此核膜就是一个基因表达的控制点。 我们知道初始转录本是在核内广泛地被加工。实验表明几乎只有一半的蛋白编码基因的初始转录本一直留在核里面，然后被降解掉。成熟的mRNA如何调节从核内转运到细胞质中呢？看来这些mRNA都要通过核孔进行转运，但是对于从核中输出的过程以及输出或保留所需的信号知道得很少。某些证据表明SnRNPs对于mRNA留在核中是很重要的。例如在抑制剪接体装配的成熟酵母中，mRNA易于从核中的输出。这就导致产生剪接体滞留模型（spliceosome retentior model）。在这个模型中剪接体的装配与mRNA的输出相竞争，这样，当前体mRNA在剪接体经过加工的过程中，RNA滞留在核中，不能与核孔相互作用。当加工完成后，内含子被切除了，mRNA从剪接体上解离下来，游离的mRNA能与核相互作用，但内含子不行。现在还不清楚mRNA是否需要一个特殊的输出信号还是属于无规则的输出。2、mRNA翻译的控制 mRNA分子通过核糖体对它们的选择充当了翻译调节的主角。不同的翻译明显地影响到基因的表达。例如mRNA储存在很多脊椎和无脊椎动物的未受精卵中，在未受精阶段蛋白质合成率是很低的，但一旦受精蛋白质合成立即增加。因此这各合成的增加并没有新的mRNA的合成，可能是由于存在一种翻译控制之故。最近认为这种翻译控制主要是蛋白降解控制，在控制中蛋白降解的速率是受到调节的。 在细胞质中所有的RNA都要受到降解控制（degradation control）在控制中RNA降解的速率（也称为RNA的转换率是受到调节的。通常核糖体中的 rRNA和tRNA是很稳定的，相比之下mRNA分子的稳定性很不一致，有的mRNA的寿命可延续好几个月，有的只有几分钟。我们在某些类型的细胞中加入调节物可使某些特殊蛋白的合成增加。这可能涉及到相关基因转录速率的增加，也可能涉及到其mRNA稳定性的增加。表18-11表明某些特殊效应分子对各种组织和细胞中的mRNA稳定性的影响。 真核生物基因的翻译调控的一个重要作用是控制mRNA的稳定性。在某些真核细胞中的mRNA进入细胞质以后，并不立即作为模板进行蛋白质合成，而是与一些蛋白质结合形成RNA蛋白质（RNP）颗粒。这种状态的mRNA的半衰期可以延长。mRNA的寿命越长，以它为模板进行翻译的次数越多。家蚕的丝芯蛋白基因是单拷贝的，但在几天内，一个细胞中可以合成多达1010个丝芯蛋白分子。这是它的mRNA分子和蛋白质结合成为RNP颗粒而延长了寿命的结果。真核细胞中mRNA的平均寿命通常为3 h，而丝芯蛋白的mRNA的平均寿命却长达4 d，从这里可以看出mRNA的寿命控制着翻译活性。不同发育时期，mRNA的寿命的长短不同，翻译的活性也不同。mRNA的寿命除与5的帽和3的尾有关外，还与mRNA结合形成mRNA蛋白质颗粒的蛋白质组分有关。 其实mRNA的降解可能是基因表达调控的一个重要控制点，mRNA降解速率的不同表现了和各mRNA结构特点有关。特别是mRNA的选择性降解在很大程度上是由于核酸酶和mRNA内部结构相互作用的结果。例如在很多短寿命的mRNA 3端非翻译区（UTR）中的一组富含AU的序列（UUAAUUUAU）是和它们的不稳定性有关系的，但现在还不清楚AU丰富区怎样使mRNA不稳定的，可能和去消poly（A）有关；也可能AU序列与80S复合物形成过程中的某种因子结合。3、mRNA的结构和翻译的效率5m7G帽结构是否存在和是否易于接近eIF-4F的程度对翻译效率有着明显的影响。起始密码子AUG的位置和其侧翼的序列对翻译的效率也有影响，这些因素主要是通过与调控蛋白、核糖体、RNA等的亲和性改变影响到起始复合物的形成，以致影响到翻译的效率。5端非翻译区的长度也会影响到翻译的效率和起始的精确性，当此区长度在1780Nt之间时，体外翻译效率与其长度变成正比，此区高极结构和高GC含量对翻译的起始都有妨碍。5端非翻译区的二极结构影响到调控蛋白与帽结构的接近，阻碍40S前起始复合体的装配和在mRNA上的扫描，起负调控的作用。但若二极结构位于AUG的近下游，（最佳距离为14 nt），将会使移动的40亚基停靠在AUG位点，增强起始反应。真核的系列翻译起始因子可使二极结构解链，使翻译复合体顺利通过原二级结构区，继续其肽链的延伸，而不会起阻碍作用。在这种情况下二极结构又起到了正调控的作用。 MRNA 3端的poly(A)不仅和mRNA穿越核膜的能力有关，而且影响到mRNA的稳定性和翻译效率。有ploy（A）的mRNA其翻译效率明显高于无poly(A)的mRNA ，Poly A长度和翻译效率有关。有人将poly(A)比做翻译的计数器，随着翻译次数的增加，poly(A)在逐步缩短，也就是说poly(A)越长mRNA作为模板的使用的半衰期越长。Poly(A)对翻译的促进作用是需要PABP（poly(A)结合蛋白）的存在，PAPB结合poly(A)最短的长度为12 nt，当poly(A)缺乏PAPB的结合时，mRNA 3端的裸露易招致降解。PAPB迁移到AU序列时，导致poly(A)的暴露促进了mRNA的降解。4、翻译的起始调节：免网织红细胞和大多数生物的网织红细胞一样是没有细胞核的，因此没有DNA，而mRNA也早已加工好了，所以蛋白质的合成调节只能依赖于翻译水平，很多基因表达水平的资料就是从研究网织红细胞中获得的。血红素对珠蛋白合成的调控就是一例，这种调节是通过对翻译起始的复合物的形成来控制的。 在网织红细胞中有两个合成酶系，一个合成血红素，另一个合成珠蛋白，血红素通过自身的反馈调节来控制，而其浓度又可调节珠蛋白合成的速率，使珠蛋白合成速度为血红素的两位，这种调控是通过控制翻译起始复合物的形成来进行的。 依赖cAMP的蛋白激酶（R2C2）是由调节亚基R2和催化亚基C2构成，当它和cAMP结合释放出自由的C 亚基，成为活化的蛋白激酶，而血红素的存在对这一步反应是抑制的。自由的C亚基可催化无活性的HCR（控制血红素阻遏物hemim-controlled repressor,又称EIF-2激酶）磷酸化而成有活性的HCR，而有活性的HCR又使eIF-2磷酶化失去活性，而血红素抑制这一系列反应就可使EIF-2不被磷酸化，保持活性状态，和细胞中的tRNAinit及ESP（eIF-2-stimulating protein）形成翻译起始复合物，开始合成珠蛋白，因此缺乏血红素时，珠蛋白也不能合成。5、选择性翻译：在原核生物中常通过操纵子来控制合成的相关蛋白浓度比，而在真核中不存在操纵了，所以就要采用别的方式，选择性翻译就是其中一例，比如和珠蛋白的合成。众所周知珠蛋白是由两条链和两条链组成的。但在二倍体细胞中都有4个-珠蛋白基因，如果它们相同转录和翻译的话它们之间的浓度比应是：=2：1，而实际上是1：1，那么是通过转录调控还是通过翻译调控使它们的产物达到以了平衡呢？人们进行了以下的体外实验，在无细胞系统中加入等量的mRNA和mRNA以及少量的起始因子，结果合成的-珠蛋白仅占3%，说明-mRNA和起始因子的亲和性远大于-mRNA。当加入过量的起始因子时珠蛋白和珠蛋白之比为1.4：1，接近1：1，表明是在翻译水平上存在的差异，即和翻译起始因子的亲和性不同，此是由于mRNA本身的二极结构和高极结构所致。6、反义RNA调控：在原核生物反义RNA发现以后，人们开始注意真核生物中反义RNA的存在及功能。1984年Adelman等发现大鼠的促性腺激素释放激素（GnRH）的基因两条链都能转录，首次在真核中发现了反义RNA；1986年Green等发现来自骨髓细胞瘤病毒的癌基因myc三个外显子中的第1，2两个外显之间有部分互补。在有的细胞中，当失去外显子1时，myc基因过量表达，推测外显子1可能通过互补来抑制myc的表达。现已弄清在C.elegans中，控制幼虫发育的基因lin 14受到lin 4基因的反义调节。这是一种对翻译模板的抑制来进行调控的途经。人们已将反义RNA发展成一门反义技术应用于动、植物病毒的抑制，果蔬的保鲜，甚至期重用于肿瘤的治疗。反义药物的开发无疑具有着广泛的前景。7、翻译的自我调节：在真核生物中也存