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核糖体RNA的应用

发布日期:2020/10/20 9:12:51

背景[1-6]

核糖体RNA即rRNA,是细胞内含量最多的一类RNA,也是3类RNA(tRNA,mRNA,rRNA)中相对分子质量的一类RNA,它与蛋白质结合而形成核糖体,其功能是在mRNA的指导下将氨基酸合成为肽链(肽链在内质网、高尔基体作用下盘曲折叠加工修饰成蛋白质,原核生物在细胞质内完成)。

rRNA占RNA总量的82%左右。rRNA单独存在时不执行其功能,它与多种蛋白质结合成核糖体,作为蛋白质生物合成的“装配机”。rRNA的分子量较大,结构相当复杂,目前虽已测出不少rRNA分子的一级结构,但对其二级、三级结构及其功能的研究还需进一步的深入。

原核生物的rRNA分三类:5SrRNA、16SrRNA和23SrRNA。真核生物的rRNA分四类:5SrRNA、5.8SrRNA、18SrRNA和28SrRNA。(S为大分子物质在超速离心沉降中的一个物理学单位,可间接反映分子量的大小)原核生物和真核生物的核糖体均由大、小两种亚基组成。在人基因组的四种rRNA基因中,18S、5.8S和28S rRNA基因是串联在一起的,每个基因被间隔区隔开,5S的rRNA基因则是编码在另一条染色体上。

rRNA是单链,它包含不等量的A与U、G与C,但是有广泛的双链区域。在双链区,碱基因氢键相连,表现为发夹式螺旋。rRNA在蛋白质合成中的功能尚未完全明了。但16 S的rRNA3’端有一段核苷酸序列与mRNA的前导序列是互补的,这有可能有助于mRNA与核糖体的结合。在核糖体中,rRNA是起主要作用的结构成分,是结构和功能核心,主要功能是:

(1)具有肽酰转移酶的活性。

(2)为tRNA提供结合位点。

(3)为多种蛋白质合成因子提供结合位点。

(4)在蛋白质合成起始时,参与同mRNA选择性的结合以及在肽链的延伸中与mRNA结合。

(5)此外,核糖体大小亚单位的结合、校正阅读、无意义链或框架漂移的校正以及抗生素的作用等都与rRNA有关。

应用[7][8]

可用于KRAB型锌指蛋白PITA和PISA转基因小鼠表型分析及SUMO化修饰的Apak对核糖体RNA合成调控的研究:

p53作为重要的转录因子,响应多种细胞信号的应激,从而调控下游不同的靶基因维持细胞的稳定。以往的研究主要关注p53对细胞周期阻滞和凋亡的调控,近年来p53相关代谢的靶基因的研究成为热点,研究表明p53可以通过转录激活下游靶基因TIGAR和SCO2的表达抑制糖酵解,促进氧化磷酸化。随着对p53参与代谢调控研究的深入,p53的上游分子如何参与代谢靶基因的选择性调控,从而最终决定细胞的命运成为研究的新方向。

在哺乳动物中KRAB型锌指蛋白分子(KZNF)组成了的转录调控因子家族,大量的研究发现KZNF蛋白表现出转录抑制效应,参与细胞的增殖、凋亡及代谢等调控过程。Apak(ATM and p53 associated KZNF protein)是实验室前期在该家族中鉴定到新的p53负调控因子,能够选择性调控p53相关的凋亡靶基因的表达,而对细胞周期阻滞没有明显影响。KZNF家族分子功能结构域比较保守,那么该家族是否还有其它分子参与p53介导的代谢相关靶基因的选择性调控,目前尚无报道。

分子实验研究发现,KZNF蛋白家族中两个分子KZNF475和KZNF568能够抑制p53的转录活性,且能够与p53结合;KZNF475特异性抑制p53下游靶基因TIGAR的表达,因此将其命名为PITA(p53 inhibitor on TIGAR activation),KZNF568特异性抑制p53下游靶基因SCO2的表达,因此将其命名为PISA(p53inhibitor on SCO2 activation)。TIGAR抑制糖酵解中的限速酶磷酸果糖激酶1(PFK1)的活性抑制糖酵解并促进磷酸戊糖旁路途经;SCO2促进细胞色素c氧化酶复合体的组装并对酶活性有重要的调控作用。

在细胞学水平检测发现PITA选择性的抑制TIGAR的表达,促进细胞糖酵解进程;PISA选择性的抑制p53对SCO2的转录激活,从而抑制氧化磷酸化。p53感应不同程度的应激从而做出相应的细胞学反应,当在轻微的损伤应激下PITA解除了对p53的抑制,促进细胞的修复存活。在严重损伤应激下,PISA与p53发生解离,使得p53下游的SCO2被激活,诱发细胞的死亡。本研究首先成功构建了PITA、PISA转基因小鼠模型,并利用该模型从动物体内水平进一步验证PITA与PISA对糖酵解通路及线粒体氧化磷酸化通路的调控。

参考文献

[1]Tumor Suppression in the Absence of p53-Mediated Cell-Cycle Arrest,Apoptosis,and Senescence[J].Tongyuan Li,Ning Kon,Le Jiang,Minjia Tan,Thomas Ludwig,Yingming Zhao,Richard Baer,Wei Gu.Cell.2012(6)

[2]Mutant p53 Disrupts Mammary Tissue Architecture via the Mevalonate Pathway[J].Cell.2012(1)

[3]Glutamine fuels a vicious cycle of autophagy in the tumor stroma and oxidative mitochondrial metabolism in epithelial cancer cells[J].Ying-Hui Ko,Zhao Lin,Neal Flomenberg,Richard G.Pestell,Anthony Howell,Federica Sotgia,Michael P.Lisanti,Ubaldo E.Martinez-Outschoorn.Cancer Biology&Therapy.2011(12)

[4]Aerobic Glycolysis:Meeting the Metabolic Requirements of Cell Proliferation[J].Sophia Y.Lunt,Matthew G.Vander Heiden.Annual Review of Cell and Developmental Biology.2011

[5]The ARF Tumor Suppressor Controls Ribosome Biogenesis by Regulating the RNA Polymerase I Transcription Factor TTF-I[J].Molecular Cell.2010(4)

[6]Blinded by the Light:The Growing Complexity of p53[J].Karen H.Vousden,Carol Prives.Cell.2009(3)

[7]Adaptive Evolution in Zinc Finger Transcription Factors[J].Ryan O.Emerson,James H.Thomas.PLOS Genetics.2009(1)

[8]杨利华.KRAB型锌指蛋白PITA和PISA转基因小鼠表型分析及SUMO化修饰的Apak对核糖体RNA合成调控的研究[D].安徽医科大学,2015.

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