mRNA稳定机制在低氧反应基因表达调控中的作用

几乎所有生物的信使RNA稳定性都影响基因表达。而mRNA的稳定性除了由其本身的序列和识别该序列的结合蛋白共同决定外,还受特异性的顺式作用元件和mRNA结合蛋白的影响。真核细胞中有3个独特的顺式作用元件：富AU元件（ARE）、茎环结构和富嘧啶结构,在mRNA稳定性调节中发挥重要作用。本文着重论述mRNA稳定机制在低氧诱导的一系列基因表达调控中的作用。     

PHD3在结直肠癌发生发展中的作用

科学家对果蝇天然免疫进行研究,发现具有不同表达动态特性和抗菌谱的抗菌肽的mRNA稳定性不同,这是由果蝇Tisll蛋白介导的,它与抗菌肽mRNA的3’UTR上的调控元件ARE作用使得mRNA变得不稳定。进一步实验证明p38MAPK途径通过抑制Tisll介导的mRNA降解对维持含有ARE元件的mRNAs稳定性具有重要作用。     

拟南芥EBP1蛋白与RNA相互作用的初步研究

基因表达调控是现代分子生物学研究的热点话题,随着研究手段的不断成熟,其RNA转录后调控已成为备受关注的领域。RNA结合蛋白(RBPs)是转录后调控的关键因子,参与RNA可变剪切、RNA稳定、翻译等多个过程的调控。ErbB3绑定蛋白(EBP1)是结构功能高度保守的RNA结合蛋白,可与rRNA、tRNA、mRNA等多种RNA结合,参与调控核糖体生物生成、蛋白质翻译多个过程,但目前已报道的靶RNA甚少,对靶RNA的作用机制目前仍不清楚。通过生物信息学分析发现拟南芥EBP1结合RNA的保守结构域,并在体外可直接结合"GUCUCUCACUGCGACGGCUU"序列;通过RNA免疫共沉淀实验找到了3个靶mRNA(AT1G24792、AT3G25211、AT3G24320);结合核糖体提取及虫草素处理实验发现EBP1可显著调控特定靶mRNA的稳定性及其翻译速率。研究结果不仅证实拟南芥EBP1具有结合RNA的功能,还显示其参与调控靶RNA的转录后事件,为进一步研究EBP1在转录后调控的生物学机制奠定基础。     

RNA结合蛋白在多能干细胞命运转变中的研究进展

RNA结合蛋白(RNA binding proteins,RBPs)是一类通过其RNA结合结构域与RNA相互作用的蛋白质,在细胞内发挥着非常重要的作用。RBPs参与从RNA代谢(包括RNA的可变剪接、稳定性、翻译)到表观遗传修饰等多种调控途径。已有大量文献报道转录因子、表观遗传修饰和细胞外信号通路参与调控干细胞的多能性维持、分化和体细胞重编程,但对于RBPs在细胞命运转变中作用的研究报道甚少。该文主要综述了RBPs通过调控RNA的可变剪接、mRNA稳定性、翻译水平、microRNA代谢及组蛋白修饰进而调控干细胞多能性维持和体细胞重编程。     

细菌RNA结合蛋白Hfq的DNA压缩和复制作用研究进展

RNA结合蛋白(RNA-Binding Protein)Hfq是一种重要的细菌转录后调节因子,之前对Hfq的研究大多集中在该蛋白对小分子非编码RNA (Small Non-Coding RNA,sRNA)和mRNA的作用上。Hfq最典型的功能是促进sRNA与其靶标mRNA碱基配对,在转录后介导对RNA的稳定性和翻译的调控。此外,Hfq也能与多种蛋白质直接或间接相互作用。然而,近年来的研究表明,除了RNA和蛋白质,Hfq还可以与DNA相互作用,在DNA压缩(DNA Compaction)和DNA复制(DNA Replication)等多种DNA代谢过程中发挥直接或间接的调控作用。额外的靶标和功能的鉴定将进一步夯实Hfq作为细菌中多种代谢途径核心调控因子的重要地位,也表明该蛋白的功能并不局限于其在RNA和蛋白质代谢中的作用。本文总结了Hfq在DNA代谢调控中的近几年最新研究进展,并展望了其前景。     

人SDCT2β3'-非翻译区基因表达负调控序列对mRNA稳定性的影响

为探索人高亲和力钠离子依赖性二羧酸转运蛋白基因(high affinity sodium-dependent dicarboxylate transporter,SDCT2)3'端非翻译区是否在基因表达调控中起作用,首先通过生物信息学分析发现,在SDCT2β mRNA的3'端非翻译区内存在585 nt的Au富含区(AU-rich region,AUR),其中包括3个AU富含元件(AU-rich element,ARE),然后将SDCT213的AU富含区DNA片段插入报告基因GFP表达载体pcDNA-GFP的下游,构建pcDNA-GFP-AUR表达载体并转染HEK293、HKC和LLC-PK1细胞系,用Western blot和流式细胞仪检测细胞中GFP的表达水平.结果显示,SDCT2β的AU富含区序列可显著降低GFP的表达水平(P＜0.01).利用放线菌素D阻断RNA转录后,每隔2 h从稳定转染的HEK293细胞中提取总RNA,用RNA印迹分析GFP mRNA的稳定性.结果显示GFP-AUR mRNA较GFP mRNA不稳定.这些结果提示,在SDCT2β3'非翻译区的AU富含区内存在基因表达负调控区,该区可降低mRNA的稳定性、促进mRNA的降解,从而在转录后水平调控基因的表达.     

基因转录后调控在DNA损伤反应中的重要功能

DNA损伤发生时,细胞会激活一系列复杂的信号网络来调控细胞周期检查,完成DNA损伤修复或当损伤超过修复能力时诱导凋亡,这一信号网络被称为DNA损伤反应(DNA damage response,DDR)。以往DDR信号网络的研究主要集中于基因转录调控和蛋白共价修饰对功能分子的稳定性和活性调控。近年来,mRNA稳定性调控和mRNA翻译调控等基因转录后调控机制在DDR中的重要作用引起研究者越来越多的关注。研究证明:多种microRNAs和RNA结合蛋白(RNA-binding proteins,RBPs)在转录后水平调控诸多重要功能蛋白的表达,在DDR信号网络中起着不可或缺的作用。文章针对DDR反应中转录后调控的研究进展以及参与其中的microRNAs和RBPs进行阐述和讨论。     

水稻RNA结合蛋白C3H12与RNA结合位点的鉴定

CCH型锌指蛋白质C3H12是进化上保守的RNA结合蛋白质,它含有5个串联的CCCH锌指结构域ZnF1-5,形成2个紧密的锌指簇ZnF1-3和ZnF4-5。早期的研究发现,C3H12可能通过与mRNA结合的方式在转录后水平调控基因的表达。然而,与C3H12结合的mRNA类型和他们的结合模式,并未通过实验得到证明。本文表达纯化了一系列C3H12截短及全长蛋白质,并合成了一些潜在RNA底物ARE9、ARE19及对照Random21。通过等温滴定量热法 (isothermal titration calorimetry, ITC) 确定了C3H12与富含腺嘌呤尿嘧啶单元 (AU-rich element, ARE) mRNA底物的结合,并揭示了互作核心区域和热力学性质。通过荧光光谱分析和微型热泳动 (microscale thermophoresis, MST)技术对ITC的结果进一步佐证。结果表明：(1) C3H12与ARE底物的相互作用是焓驱动的能量有利的 (ΔG<0) 特异性结合,结合比为1:1。(2) C3H12与ARE19的亲和力较ARE9更高（约2倍）。(3) C3H12中ZnF1-3在与ARE类底物的结合活性中发挥主导作用。(4) C3H12结构中的141个氨基酸残基的接头不直接参与和ARE底物的相互作用。本研究揭示的CCCH型锌指蛋白质C3H12与ARE底物结合模式,将为进一步在分子结构水平阐明C3H12与ARE底物结合的机制奠定基础。     

水稻RNA结合蛋白C3H12与RNA结合位点的鉴定

CCH型锌指蛋白质C3H12是进化上保守的RNA结合蛋白质,它含有5个串联的CCCH锌指结构域ZnF1-5,形成2个紧密的锌指簇ZnF1-3和ZnF4-5。早期的研究发现,C3H12可能通过与mRNA结合的方式在转录后水平调控基因的表达。然而,与C3H12结合的mRNA类型和他们的结合模式,并未通过实验得到证明。本文表达纯化了一系列C3H12截短及全长蛋白质,并合成了一些潜在RNA底物ARE9、ARE19及对照Random21。通过等温滴定量热法 (isothermal titration calorimetry, ITC) 确定了C3H12与富含腺嘌呤尿嘧啶单元 (AU-rich element, ARE) mRNA底物的结合,并揭示了互作核心区域和热力学性质。通过荧光光谱分析和微型热泳动 (microscale thermophoresis, MST)技术对ITC的结果进一步佐证。结果表明：(1) C3H12与ARE底物的相互作用是焓驱动的能量有利的 (ΔG<0) 特异性结合,结合比为1:1。(2) C3H12与ARE19的亲和力较ARE9更高（约2倍）。(3) C3H12中ZnF1-3在与ARE类底物的结合活性中发挥主导作用。(4) C3H12结构中的141个氨基酸残基的接头不直接参与和ARE底物的相互作用。本研究揭示的CCCH型锌指蛋白质C3H12与ARE底物结合模式,将为进一步在分子结构水平阐明C3H12与ARE底物结合的机制奠定基础。     

细菌sRNA对环境胁迫的响应机制

细菌小RNA (Small RNAs,sRNAs)是一类长度大约在40?400个核酸之间,不编码蛋白质的RNA,在细菌适应环境方面起重要的调节作用。当环境中温度、营养、外膜蛋白、pH、铁等条件改变时,sRNA常常通过连接双组分信号转导系统和调节蛋白,来传递压力信号并调节应激响应,其作用方式一般是通过碱基互补配对的方式与靶mRNA结合,从而调控靶mRNA的翻译和稳定性;或直接与靶标蛋白质结合,调节靶标蛋白质的生物活性。本文总结了细菌在多种环境压力下,sRNA的调控响应机制。     

Sequences of a hairpin structure in the 3'-untranslated region mediate regulation of human pulmonary surfactant protein B mRNA stability

The ability of pulmonary surfactant to reduce alveolar surface tension requires adequate expression of surfactant protein B (SP-B). Dexamethasone (DEX, 10(-7) M) increases human SP-B mRNA stability by a mechanism that requires a 126-nt-long segment (the 7.6S region) of the 3'-untranslated region (3'-UTR). The objective of this study was to identify sequences in the 7.6S region that mediate regulation of SP-B mRNA stability. The 7.6S region was found to be sufficient for DEX-mediated stabilization of mRNA. Sequential substitution mutagenesis of the 7.6S region indicates that a 90-nt region is required for DEX-mediated stabilization and maintenance of intrinsic stability. In this region, one 30-nt-long element (002), predicted to form a stem-loop structure, is sufficient for DEX-mediated stabilization of mRNA and intrinsic mRNA stability. Cytosolic proteins specifically bind element 002, and binding activity is unaffected whether proteins are isolated from cells incubated in the absence or presence of DEX. While loop sequences of element 002 have no role in regulation of SP-B mRNA stability, the proximal stem sequences are required for DEX-mediated stabilization and specific binding of proteins. Mutation of the sequences that comprise the proximal or distal arm of the stem negates the destabilizing activity of element 002 on intrinsic SP-B mRNA stability. These results indicate that cytosolic proteins bind a single hairpin structure that mediates intrinsic and hormonal regulation of SP-B mRNA stability via mechanisms that involve sequences of the stems of the hairpin structure.     

微小RNA与免疫调节

微小RNA(miRNA)是一类22核苷酸的高度保守的小分子非编码RNA,主要通过与靶mRNA的3′非编码区碱基互补配对结合而引起靶RNA降解或翻译抑制.越来越多的研究显示,miRNA在免疫反应中具有新型调节作用,包括调节免疫细胞的发育和分化、B细胞抗体的产生、炎性介质的释放、细胞信号转导等.miRNA在维持机体免疫系统...     

The control of mRNA stability in response to extracellular stimuli

Regulated mRNA turnover is a highly important process in control of gene expression. The specific sequence elements in mRNA modulate the stability of different mRNAs, which varies considerably in response to extracellular stimuli. But the mechanistic basis for regulation of mRNA turnover remains nebulous. Recent works indicate that several signaling pathways have been implicated in regulating the decay of specific mRNA and certain ARE binding proteins mediate rapid degradation of the mRNAs. This review provides a current knowledge of diverse extracellular signals contributing to stabilization of short-lived mRNA.     

Down regulation of extramacrochaetae mRNA by a Drosophila neural RNA binding protein Rbp9 which is homologous to human Hu proteins.

Rbp9 is an RNA binding protein expressed mainly in the central nervous system of adult Drosophilamelanogaster. Rbp9 shares a high degree of sequence similarity with human neural proteins referred to as Hu antigens. Hu antigens bind to U-rich mRNA destabilizing elements with a high affinity and, thus, have been implicated as regulators of mRNA stability. Using in vitro RNA binding assays, we found that Rbp9 binds strongly to poly U sequences. We then employed a Selex system to identify a consensus Rbp9 binding site (UUUXUUUU). Information obtained from the Selex results allowed the detection of two repeats of the Rbp9 consensus binding sequence in the 3' untranslated region of extramacrochaetae mRNA. UV crosslinking experiments demonstrated that Rbp9 interactsspecifically with emc mRNA. The requirement of Rbp9 protein in the down regulation of emc mRNA was confirmed by northern (RNA) analysis, which revealed that the level of emc mRNA increased 10-fold in rbp9 mutant flies. Taken together with the in vitro RNA binding results, the genetic evidence obtained strongly supports the hypothesis that Rbp9 functions as a regulator of RNA stability.