翻譯和翻譯后水平的調(diào)節(jié)

1、翻譯和翻譯后水平的調(diào)節(jié)第1頁，共19頁，2022年，5月20日，20點59分，星期二mRNA的壽命與蛋白質(zhì)的合成mRNA的壽命決定其指導(dǎo)翻譯蛋白質(zhì)的時間，半衰期的長短主要決定于其選擇性降解的速度，不同mRNA的結(jié)構(gòu)，特別是3端非翻譯區(qū)的序列決定其壽命。不同基因的mRNA壽命差別很大，珠蛋白mRNA的半衰期約為17h，而有些生長因子不超過30 min。第2頁，共19頁，2022年，5月20日，20點59分，星期二 很多蛋白質(zhì)的合成與激素的作用有關(guān)。在某些情況下，激素并不能增加mRNA的轉(zhuǎn)錄，而在翻譯水平上起調(diào)節(jié)作用。如：催乳素可延長酪蛋白mRNA的壽命達25倍，其他激素也能相應(yīng)提高某些特定mRN

2、A的穩(wěn)定性。激素對RNA穩(wěn)定的影響第3頁，共19頁，2022年，5月20日，20點59分，星期二 轉(zhuǎn)鐵蛋白( transferrin ) mRNA的3端和轉(zhuǎn)鐵蛋白受體（transferrin receptor, TFR）mRNA的5端有非常相似的鐵反應(yīng)元件（iron response element, IRE )，該區(qū)域可形成多個復(fù)雜的莖環(huán)結(jié)構(gòu)，其中部分莖環(huán)與鐵反應(yīng)有關(guān)。細胞中這兩種蛋白質(zhì)的濃度受到鐵離子濃度的調(diào)節(jié)，可能主要與其基因轉(zhuǎn)錄后的翻譯調(diào)節(jié)有關(guān)，因為通過抑菌素抑制轉(zhuǎn)錄過程并不能阻斷其對鐵的反應(yīng)。蛋白質(zhì)的最終濃度可能與細胞中該編碼蛋白質(zhì)mRNA的半衰期有關(guān)，其半衰期的長度則是受鐵濃度的調(diào)

3、控的.(見下圖)第4頁，共19頁，2022年，5月20日，20點59分，星期二轉(zhuǎn)鐵蛋白及轉(zhuǎn)鐵蛋白受體mRNA穩(wěn)定性的鐵依賴性調(diào)節(jié)（自Lodish , 2000）第5頁，共19頁，2022年，5月20日，20點59分，星期二Poly(A)對翻譯的調(diào)控： 在小鼠的未成熟卵母細胞質(zhì)中可以翻譯的mRNA具有較長的poly(A), 減數(shù)成熟分裂后poly(A)降解，翻譯終止。 在減數(shù)成熟分裂前不表達的mRNA的poly(A)較短(15-90A), 但其3UTR具有胞質(zhì)多聚腺苷酸化信號序列(CPEs)(UUUUAU in mice and frogs)。減數(shù)成熟分裂后這些 mRNA迅速加上一個長的poly

4、A,開始翻譯。第6頁，共19頁，2022年，5月20日，20點59分，星期二mRNA的結(jié)構(gòu)和翻譯效率 所有真核生物mRNA 5端都有帽子結(jié)構(gòu)，早在1976年Shtkin就根據(jù)體外翻譯實驗結(jié)果指出，5端帽子有增強翻譯效率的作用。此后眾多研究證實，大多數(shù)mRNA的翻譯依賴于帽子結(jié)構(gòu)。 除了帽子外，真核生物mRNA的3端大都有polyA尾巴，在許多體內(nèi)實驗和高活性的體外翻譯體系中都觀察到，mRNA polyA結(jié)構(gòu)與翻譯效率有直接的關(guān)系，帶polyA的mRNA比無polyA尾巴的相應(yīng)mRNA的翻譯效率高得多。5端帽子和3端polyA能夠協(xié)同地調(diào)節(jié)mRNA的翻譯效率。第7頁，共19頁，2022年，5月2

5、0日，20點59分，星期二翻譯后水平的調(diào)控許多蛋白質(zhì)的合成完成后就具有生物功能，但更多的蛋白質(zhì)則必須經(jīng)過適當(dāng)?shù)募庸ば揎棽庞谢钚?，有些蛋白質(zhì)的活性在與其他蛋白質(zhì)的作用后往往發(fā)生明顯的變化。第8頁，共19頁，2022年，5月20日，20點59分，星期二翻譯后水平的調(diào)控一條長鏈被剪切并除去部分而激活, 胰島素;除去某些保護/抑制性片段而激活，Dorsal;特定的亞細胞定位，膜蛋白、核蛋白等;與其它蛋白質(zhì)一起裝配成為功能單位，血紅蛋白；與某些離子結(jié)合而激活，鈣調(diào)蛋白; 通過蛋白質(zhì)修飾（磷酸化、乙酰化）而激活，魚精蛋白、晶體蛋白。第9頁，共19頁，2022年，5月20日，20點59分，星期二 第五節(jié) 表

6、觀遺傳修飾與細胞分化 第10頁，共19頁，2022年，5月20日，20點59分，星期二表觀遺傳修飾定義：由于DNA的甲基化、組蛋白N端的修飾、變異體及微小RNA(miRNA)的作用等引起染色體的狀態(tài)和構(gòu)型發(fā)生，進而引起基因表達發(fā)生相應(yīng)的改變。特點：這種變化并不包括DNA序列及信息的任何改變，是經(jīng)典遺傳學(xué)之上或之外的改變。第11頁，共19頁，2022年，5月20日，20點59分，星期二一、DNA的甲基化DNA甲基化的發(fā)生 小干擾RNA（siRNA）和長非編碼RNA（lineRNA）可通過與基因的啟動子序列結(jié)合，指導(dǎo)其發(fā)生特異性的甲基化，組合組蛋白的修飾而使染色質(zhì)發(fā)生重塑而抑制其表達，但也有少數(shù)例

7、證表明有些 lincRNA（l例如HOTTIP)可能通過與其配體蛋白質(zhì)結(jié)合定位在其靶基因區(qū)，導(dǎo)致組蛋白H3K4的三甲基化而激活該基因。 DNA的甲基化多發(fā)生在胞嗜陡的第5位堿基，在真核生物中十分普遍，也被認(rèn)為是DNA的“第5種堿基” 。 DNA的甲基化經(jīng)常出現(xiàn)在3類DNA序列（ CpG,CHG,CHHo ）中。前2種序列為對稱甲基化位點,CHH是非對稱甲基化位點,CpG經(jīng)常位于基因啟動子附近或者GC島中 。 第12頁，共19頁，2022年，5月20日，20點59分，星期二哺乳動物中的三種甲基化酶 在哺乳動物中DNA的甲基化是由3種甲酶催化的（Dnmtl，Dnmt3 a和Dnmt3 b）。 Dn

8、mtl對DNA復(fù)制后甲基化模式的維持有重要作用，它可對半甲基化的新合成DNA鏈進行甲基化。Dnmt3 a和Dnmt3 b是與從頭甲基化過程有關(guān)（de novo methylation )，在這個過程中需要建立新的甲基化模式。Dnmtl和Dnmt3 a均可與組蛋白脫乙酞酶（HDACs）互作，從而抑制基因的表達。 第13頁，共19頁，2022年，5月20日，20點59分，星期二基因表達的激活和抑制 激活：膠質(zhì)纖維酸性蛋白（GFAP)基因啟動子的START3結(jié)合位點CpG的脫甲基化可以激活該基因的表達。 抑制：(1)DNA的甲基化也可以通過幾種甲基CpG結(jié)合蛋白 （MECPs)識別DNA甲基化模式而

9、抑制基因的表達 (2)另一種甲基CpG結(jié)合蛋白MBD2與多亞基的NuRD（它們含有依賴ATP的染色體重塑因子Mi-2和HDACs)形成復(fù)合物，抑制甲基化的啟動子，使染色體發(fā)生高效的重塑。第14頁，共19頁，2022年，5月20日，20點59分，星期二從頭甲基化過程 在動物受精后，不論是來源于父系基因組還是母系基因組均發(fā)生大規(guī)模的脫甲基化（印跡基因除外），然后再重建新的甲基化模式。 有一個模型可能揭示其機制：基因轉(zhuǎn)錄起始點結(jié)合RNA聚合酶B，募集SET蛋白使覆蓋這個區(qū)域的核小體組蛋白H3 K4發(fā)生甲基化，H3 K4甲基可抑制Dnmt3 L的結(jié)合，使從頭甲基化酶不能作用這個區(qū)域，因而整個基因組中除

10、了結(jié)合有RNA聚合酶11的CpG島外，均可發(fā)生從頭甲基化過程。 第15頁，共19頁，2022年，5月20日，20點59分，星期二二、組蛋白的修飾與細胞分化 組蛋白八聚體中的4種蛋白N端尾巴有許多氨基酸可被不同的酶所修飾，例如，甲基化（Me）、乙酞化（Ac）和脫乙酞化、磷酸化（P）、泛素化、ADP一核糖基化等，其中發(fā)生在精氨酸和賴氨酸的甲基化修飾比較復(fù)雜，有單甲基化、雙甲基化（對稱和不對稱）及三甲基化。 組蛋白密碼：這些修飾的種類、位置和組合共同決定著核小體的狀態(tài)，進一步控制基因的轉(zhuǎn)錄或者抑制，被稱做組蛋白密碼（histone code）。 第16頁，共19頁，2022年，5月20日，20點59分，星期二組蛋白修飾的作用 （1） 組蛋白的修飾可以通過改變不同組蛋白之間及組蛋白與DNA之間的接觸影響染色質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)，組蛋白密碼決定著染色質(zhì)的環(huán)境，從而進一步調(diào)節(jié)核DNA的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、DNA修復(fù)及染色體凝聚。 （2）組蛋白H3K4,H3K36,H3K79的三甲基化可以導(dǎo)致染色體的開放構(gòu)型產(chǎn)生常染色質(zhì)，同時由組蛋白乙酞轉(zhuǎn)移酶(HATs）催化的組蛋白高水平乙酞化也是保證常染色質(zhì)的一個特征。第17頁，共19頁，2022年，5月20日，20點59分，星期二 不管是干細胞還是組織特異性細胞，特定的miRNA均可參與重要轉(zhuǎn)錄因子、細胞周