06转录后的调节
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10生物学通报2005年第40卷第11期2003年即Watson和Crick发表DNA双螺旋结构50周年,宣布了人类基因组计划的完成,与此同时,其他许多生物的基因组计划已完成或在进行中,在此过程中产生的大量数据库对科学研究的深远影响是以前任何人未曾预料到的。
然而遗憾的是,许多生物学家、化学家和物理学家对这些数据库的使用甚至去何处寻找这些数据库都只有一个比较模糊的概念。
基因转录是遗传信息传递过程中第一个具有高度选择性的环节,近20年来对基因转录调节的研究一直是基因分子生物学的研究中心和热点,因此亦产生了大量很有价值的数据库资源,对这些数据库的了解将为进一步研究带来极大便利,本文对其中一些数据库进行简要介绍。
1DBTSSDBTSS(DataBaseofTranscriptionalStartSites)由东京大学人类基因组中心维护,网址:http://dbtss.hgc.jp。
最初该数据库收集用实验方法得到的人类基因的TSS(TranscriptionalStartSites,转录起始位点)数据。
对转录起始位点(TSS)的确切了解具有非常重要的意义,可更准确的预测翻译起始位点;可用于搜索决定TSS的核苷酸序列,而且可更精确地分析上游调控区域(启动子)。
自2002年发布第一版以来已作了多次更新。
目前包含的克隆数为190964个,含盖了11234个基因,在SNP数据库中显示了人类基因中的SNP位点,而且现在含包含了鼠等其他生物的相关数据。
DBTSS最新的版本为3.0。
在该最新的版本中,还新增了人和鼠可能同源的启动子,目前可以显示3324个基因的启动子,通过本地的比对软件LALIGN可以图的形式显示相似的序列元件。
另一个新的功能是可进行与已知转录因子结合位点相似的部位的定位,这些存贮在TRANSFAC(http://transfac.gbf.de/TRANSFAC/index.html)数据库中,免费用于研究,但TRANSFAC专业版是商业版本。
转录因子的生物学功能和调节机制转录因子是一种与DNA结合并调节基因转录的蛋白质。
在生物界中,它们发挥着至关重要的作用。
转录因子参与着基因表达的调节,从而对细胞分化、发育、凋亡等过程起到着关键的作用。
在受到外界刺激后,转录因子还能改变基因表达,从而适应环境变化。
一、转录因子的生物学功能转录因子的主要作用是在转录起始位点控制基因表达的产生。
其以DNA结合域为基础,能够与特定的序列结合并产生转录的反应。
转录因子在基因调控中发挥关键作用,与基因激活和抑制相关。
依据其结构组成及作用机制,可将转录因子分为激活转录因子和抑制转录因子两种。
激活转录因子通过结合到特异性范畴影响转录启动复合体的形成,促使RNA聚合酶在启动位点的定位和结合,从而驱动基因的启动转录。
抑制转录因子则通过竞争性地结合到目标基序上,并抑制转录启动复合体的形成或直接抑制RNA聚合酶的活性来达到抑制基因表达的目的。
二、转录因子的调节机制转录因子的调节机制可以分为四类:DNA序列特异性和可变特异性,转录因子的翻译后修饰,转录因子与其他蛋白相互作用的多种方式,以及和RNA结合的方式。
DNA序列的特异性和可变性是转录因子作用最基础的调节机制。
序列中特定区域配对了特定转录因子,进而调节基因表达。
一些转录因子能够依据不同的可变序列选择合适的配对位置,以满足特定的转录调节要求。
另一种机制则是通过转录因子后翻译修饰来控制其活性和功能。
转录因子经常被翻译后修饰,包括磷酸化、乙酰化、甲基化等,这些翻译后修饰可以影响基因调控过程中转录因子的结构和功能。
转录因子和其他蛋白质相互作用的方式也是一种重要的调节机制。
转录因子可以结合到传递信号途径中其他蛋白质,如转录辅助因子,以达到最终的基因调控效应。
最后一种机制是与RNA结合的方式。
一些转录因子通过与特定RNA结合并调节其稳定性,从而直接影响基因表达。
总之,转录因子在维持生物组织结构和正常生理代谢中起关键作用,它们的功能良好才能够维持基因表达的稳定性,同时还能够克服身体受到不同刺激因素的适应能力,促进健康生活。
转录因子在遗传调控中的作用随着基因组学和生物学的发展,我们了解到遗传调控是生物体内基因表达的关键过程,而转录因子是遗传调控中的重要元件。
转录因子是一类可以结合到某些特定DNA序列上,调节基因转录过程的蛋白质分子。
在遗传信息的转录和表达过程中,转录因子的作用可以是正向或反向的,这极大地影响了生物体内基因表达的数量和类型。
本文将介绍转录因子在遗传调控中的作用及其机制。
转录因子的分类轻链多肽(light chain polypeptide)和酪氨酸激酶(tyrosine kinase)是最早被发现的转录因子类型,后来又发现了醛缩酶(Aldehyde dehydrogenase)和DNA结合蛋白(DNA binding protein)等其他类型。
根据结构和功能的差异,可以将转录因子分为五类:锌指蛋白(zinc finger protein)、家族蛋白(helix-turn-helix family)、酸性域蛋白(acid domain protein)、碱性域蛋白(basic domain protein)、顺反式螺旋转录因子(leucine zipper transcription factor)。
其中最常见的是锌指蛋白和家族蛋白。
转录因子的作用机制转录因子参与调控基因表达的机制包括直接与其结合的靶基因DNA序列和间接调控其他基因的调节网络。
前者称为直接调控,是转录因子调控基因表达最基本的方式。
在细胞核中,转录因子与DNA序列结合的特定部位称为转录因子结合位点(transcription factor binding site)。
当转录因子结合到基因DNA的启动子或增强子区域时,它们可以通过调节DNA拓扑结构来促进或阻碍RNA聚合酶的结合,从而调控基因的转录水平。
除了与DNA直接结合,转录因子还可以通过与其他蛋白质分子结合参与基因表达调控。
这些相互作用形成了复杂的信号传递和调控网络,可以调节包括DNA复制、修复、非编码RNA表达等生物过程。
基因转录的启动与调控基因转录是生命活动中非常关键的一个过程,它确保了细胞内的合成蛋白质数量和种类的适当调节,同时也影响了细胞的多种功能。
在细胞内,基因的转录是由一系列过程驱动的,同时也受到许多因素的调节控制。
下面,我们将深入探讨基因转录的启动与调控。
一、转录起始位点的识别基因转录的起始位点是指RNA合成的起点,它是转录起始信号的重要组成部分。
起始位点的识别过程由两个主要因素驱动:第一个是DNA序列本身,第二个是RNA聚合酶 (RNAP) 与其它蛋白质的相互作用。
DNA序列中的启动子元件与其他水平调节元件共同参与了起始位点的识别。
启动子元件通常包括推动序列和启动子序列。
推动序列从1位点数到约-40位点数,通过与RNAP结合产生力学张力来引导其向下滑动。
起始位点通常位于推动序列的上游区,而启动子序列则位于起始位点的下游区。
RNA聚合酶结合到DNA的起始位点后,会依次进行复杂的动态结构变化,并且形成一个稳定的转录泡。
二、转录激活子复合物转录激活子是一种很重要的因子,它能够调节基因转录的速率及其表达的时期。
当DNA序列被特定的转录激活子激活时,这一基因的转录水平就会显著上升。
转录激活子复合物由多个蛋白质组成,它们可以与基因上的特定区域相互作用,从而识别特定的基因序列,激活DNA转录过程,调节基因表达。
三、染色质结构的重要性染色质的密度结构对基因转录具有极大的影响。
一般情况下,浓缩染色质的DNA序列较难转录。
因此,在启动基因转录前,染色质结构的松弛是极其关键的。
松弛染色质的最有效方式是通过其存在的酶催化代谢,在染色质上产生修饰标记,控制或激发转录因子的结合。
异构酶对N末端乙酰化的组蛋白H3和H4具有重要作用,这可以使染色质分子松弛并识别起始位点,可在进一步的过程中识别进一步的调节因子。
四、转录辅助因子在细胞内,转录因子是调控基因转录的一类蛋白质家族,它们可以促进RNA 聚合酶与DNA序列的结合,调节基因转录的速率,影响细胞的功能活性和特性。
mrna lncrna基因表达调控原理mRNA和lncRNA是基因表达调控的重要角色。
下面是它们各自的基因表达调控原理:1. mRNA的基因表达调控原理:mRNA是蛋白质编码基因的转录产物。
mRNA的表达调控主要包括转录调控和转录后调控两个层次。
- 转录调控:转录调控主要通过调控转录因子的结合来控制基因转录活性。
转录因子是能够结合到DNA上启动子区域的蛋白质,它们能够激活或抑制基因的转录。
转录因子的结合能力受到多种因素的影响,如细胞内信号传导和环境因素等。
- 转录后调控:转录后调控指的是mRNA在转录过程后的调控过程,包括可变剪接、核糖体选择性和mRNA降解等。
可变剪接使得一个基因可以产生多个不同的转录本,从而扩展了基因的功能。
核糖体选择性是指选择性地翻译某些mRNA分子,使之产生蛋白质。
mRNA降解是指通过降低mRNA的稳定性来调控基因表达水平。
2. lncRNA的基因表达调控原理:lncRNA是长链非编码RNA,它们不被翻译成蛋白质,而是通过与DNA、RNA或蛋白质相互作用来调控基因表达。
- 转录调控:lncRNA可以作为转录因子来调控某些基因的转录活性。
它们可以与DNA相互作用并改变某些基因的表达水平。
- 转录后调控:lncRNA还可以通过与mRNA相互作用来调控转录后过程,包括可变剪接调控、mRNA稳定性调控和翻译调控等。
例如,某些lncRNA可以与mRNA形成RNA-RNA 复合物,从而影响可变剪接的进行。
此外,lncRNA还可以通过与蛋白质相互作用来调控基因表达,例如某些lncRNA可以与转录因子或翻译因子相互作用,从而影响基因的转录和翻译过程。
总之,mRNA和lncRNA通过转录调控和转录后调控等多种机制来调控基因表达。
它们的作用可以是促进基因表达,也可以是抑制基因表达。
RNA的转录后调控机制RNA是一种负责信息传递和调控机体生命活动的分子,在生物学领域中具有重要的作用。
RNA主要分为三类,即RNA前体、mRNA和ncRNA。
其中,mRNA是经过转录后转化成的成熟mRNA。
然而,在mRNA形成的过程中,转录后调控机制对于RNA调控和表达的过程具有重要意义。
本文将重点介绍转录后调控对RNA调控和表达的影响。
1、mRNA进入细胞浆之前的调控在mRNA形成过程中,RNA加工为成熟mRNA的过程中,需要先进行RNA剪切和RNA拼接。
RNA剪切是根据不同生物产生的基因进行不同的剪切,从而得到多种不同的mRNA形式。
RNA 剪切过程中的调控,可以通过剪切因子对剪切位点的选择进行调控。
而RNA拼接过程中,mRNA的5’端与3’端在没有要求物资的条件下结合。
这个过程在剪切过程中进行,也可以进行外源调节,从而影响mRNA的质量和表达。
2、mRNA进入细胞浆之后的调控在mRNA进入细胞浆之后,还需要进行翻译。
在翻译过程中,多个tRNA涉及到识别、结合和携带氨基酸到多肽合成位点。
这个过程可以通过RNA调控因子,如参与到这个过程的全陈女蛋白复合物和IRES元件进行调节。
3、ncRNA调控机制ncRNA由于很小,在细胞水平上作为调节因子在调节基因表达中起着非常重要的作用。
ncRNA可以影响DNA转录成RNA;同时,还能与以人工核酸为基础的小干扰RNA和锤头状RNA相互作用,从而影响基因表达。
4、RNA甲基化除了通过上述转录后调控方式进行RNA表达调控,还可以通过RNA甲基化来调控RNA的表达。
RNA甲基化与DNA甲基化相似,通常在RNA 的糖苷键上进行。
这个过程的调控,就影响mRNA存在期间和调控ICR生物活性元素。
总之,转录后调控对RNA调控和表达的影响在生物学研究中具有重要意义。
这一过程可以通过RNA加工的方式进行调节,包括RNA剪切和RNA拼接。
同时,通常通过RNA调节因子对RNA翻译进行调节。
现代分子生物学部分课后习题及答案第一章绪论1. 你对现代分子生物学的含义和包括的研究范围是怎么理解的?分子生物学是从分子水平研究生命本质的一门新兴边缘学科,它以核酸和蛋白质等生物大分子的结构及其在遗传信息和细胞信息传递中的作用为研究对象,是当前生命科学中发展最快并正在与其它学科广泛交叉与渗透的重要前沿领域。
狭义:偏重于核酸的分子生物学,主要研究基因或DNA的复制、转录、表达和调节控制等过程,其中也涉及与这些过程有关的蛋白质和酶的结构与功能的研究。
分子生物学的发展为人类认识生命现象带来了前所未有的机会,也为人类利用和改造生物创造了极为广阔的前景。
所谓在分子水平上研究生命的本质主要是指对遗传、生殖、生长和发育等生命基本特征的分子机理的阐明,从而为利用和改造生物奠定理论基础和提供新的手段。
这里的分子水平指的是那些携带遗传信息的核酸和在遗传信息传递及细胞内、细胞间通讯过程中发挥着重要作用的蛋白质等生物大分子。
这些生物大分子均具有较大的分子量,由简单的小分子核苷酸或氨基酸排列组合以蕴藏各种信息,并且具有复杂的空间结构以形成精确的相互作用系统,由此构成生物的多样化和生物个体精确的生长发育和代谢调节控制系统。
阐明这些复杂的结构及结构与功能的关系是分子生物学的主要任务。
2. 分子生物学发展前景如何?21世纪是生命科学世纪,生物经济时代,分子生物学将取得突飞猛进的发展,结构基因组学、功能基因组学、蛋白质组学、生物信息学、信号跨膜转导成为新的热门领域,将在农业、工业、医药卫生领域带来新的变革。
3. 人类基因组计划完成的社会意义和科学意义是什么?社会意义:人类基因组计划与曼哈顿原子计划、阿波罗登月计划并称为人类科学史上的三大工程,具有重大科学意义、经济效益和社会效益。
(1)极大地促进生命科学领域一系列基础研究的发展,阐明基因的结构与功能关系、生命的起源和进化、细胞发育、生产、分化的分子机理,疾病发生的机理等,为人类自身疾病的诊断和治疗提供依据,为医药产业带来翻天覆地的变化(2)促进生命科学与信息科学、材料科学和与高新技术产业相结合,刺激相关学科与技术领域的发展,带动起一批新兴的高技术产业(3)基因组研究中发展起来的技术、数据库及生物学资源,还将推动对农业、畜牧业(转基因动、植物)、能源、环境等相关产业的发展,改变人类社会生产、生活和环境的面貌,把人类带入更佳的生存状态。
㊀㊀基金项目:国家自然科学基金资助项目(面上项目)(81572635)ꎻ北京大学人民医院研究与发展基金资助项目(RDY2018-08)作者单位:100044㊀北京大学人民医院病理科(康南㊁王颖㊁毛伊雯㊁燕太强㊁沈丹华)ꎻ100021㊀中国医学科学院肿瘤医院分子肿瘤学国家重点实验室(王宇)通讯作者:燕太强ꎬ电子信箱:yantgzh@163.comꎻ沈丹华ꎬ电子信箱:shenpath59@163.com真核生物3ᶄUTR的转录后水平调控及其与肿瘤的关系康㊀南㊀王㊀宇㊀王㊀颖㊀毛伊雯㊀燕太强㊀沈丹华摘㊀要㊀真核生物3ᶄ非翻译区(3ᶄuntranslatedregionsꎬ3ᶄUTR)在转录后水平调控中起到重要作用ꎬ它参与调控mRNA的体内稳定性及降解速率ꎬ控制mRNA的利用效率ꎬ还决定mRNA的翻译位点及翻译效率ꎬ调控mRNA细胞内运输及胞质定位等多种代谢过程ꎮ3ᶄUTR既可以与microRNAs或者RNA结合蛋白相互作用来反式调控基因的表达ꎬ从而阻止mRNA的翻译或直接降解靶mRNAꎬ同时3ᶄUTR也可以作为独立存在的RNA分子发挥功能ꎬ近年来通过对肿瘤全基因组相关研究发现突变发生在3ᶄUTR或与microRNA结合区会破坏细胞内的调控机制ꎬ从而影响肿瘤的发生发展ꎬ使3ᶄUTR成为目前研究热点ꎬ并使其有望成为肿瘤诊断和治疗的新标志物甚至药物靶点ꎮ关键词㊀真核生物㊀3ᶄ非翻译区㊀mRNA代谢㊀独立分子㊀突变㊀肿瘤中图分类号㊀R34㊀㊀㊀㊀文献标识码㊀A㊀㊀㊀㊀DOI㊀10.11969/j.issn.1673 ̄548X.2019.02.003㊀㊀真核生物3ᶄ非翻译区(3ᶄuntranslatedregionsꎬ3ᶄUTR)即非翻译区ꎬ是指mRNA分子两端的非编码片段ꎬ研究发现ꎬ许多mRNA的调控元件存在于5ᶄUTR及3ᶄUTR中ꎬ5ᶄUTR主要起始调控mRNA翻译ꎬ3ᶄUTR调控mRNA的多种代谢ꎬ包括出核㊁胞质定位㊁翻译效率及mRNA稳定性等[1]ꎮ此前一直对mRNA的5ᶄUTR的研究颇多ꎬ而对3ᶄUTR的研究相对较少ꎬ近几年来ꎬ真核mRNA的3ᶄUTR在基因表达调控中的作用越来越受到重视ꎬ随着对人类全基因组相关研究的蓬勃发展ꎬ人们发现突变发生在非编码区要比编码区更易引起疾病ꎬ如突变发生在3ᶄUTR或与miR ̄NA结合区ꎬ会破坏细胞调控机制ꎬ从而引起疾病甚至细胞恶性转化进而导致肿瘤发生[3]ꎮ本文将对3ᶄUTR转录后水平调控及其突变与肿瘤的关系的研究进展做一综述ꎮ一㊁3ᶄUTR和5ᶄUTR的关系真核生物mRNA的5ᶄUTR从mRNA起点的甲基化鸟嘌呤核苷酸帽延伸至AUG起始密码子ꎬ3ᶄUTR从编码区末端的终止密码子延伸至多聚A尾巴(poly-A)的末端ꎮ真核生物的mRNA一般具有共同的结构ꎬ包括外显子㊁内含子ꎬ5ᶄ和3ᶄ非翻译区ꎬ5ᶄ端是帽子结构ꎬ3ᶄ端是poly(A)结构ꎬ在mRNA的翻译和非翻译区包含很多信号ꎬ如翻译起始和终止信号等ꎮ研究表明ꎬmRNA的5ᶄUTR与3ᶄUTR在mRNA的翻译过程中互相依赖㊁相互协同以提高翻译效率ꎬ其中5ᶄUTR通常包含增强调控元件(enhancerregula ̄toryelement)ꎬ主要调控mRNA翻译的起始ꎬ3ᶄUTR主要参与调控mRNA的多种代谢ꎬ包括调控mRNA的体内稳定性及降解速率ꎬ控制其利用效率ꎬ协助辨认特殊密码子ꎬ还决定mRNA的翻译位点及控制其翻译效率ꎬ其中包括mRNA的折叠㊁核内运输相互作用㊁mRNA加工㊁剪切和翻译以及细胞内的运输和定位等[2]ꎮ如果mRNA的5ᶄ帽子结构缺失则不能促进其翻译ꎬ在某些物种中其帽子结构存在但poly(A)尾缺乏的情况下也可以起始翻译ꎬ但是其翻译效率并不会太高ꎬ若poly(A)尾巴或类似功能的结构同时存在时ꎬ可使mRNA的翻译效率提高一个数量级ꎬ提示5ᶄ帽子和3ᶄpoly(A)尾巴在缺少任何一方时都会对翻译产生负面影响ꎬ帽子和poly(A)尾以及类似的结构在翻译时是相互作用㊁相互影响的[4]ꎮ二㊁3ᶄUTR的转录后水平调控1.3ᶄUTR末端加工信号调控mRNA3ᶄ末端的加工:3ᶄUTR内存在末端加工信号以指导mRNA3ᶄ末端的加工ꎬ人类mRNA转录本中3ᶄUTR平均长度>500ntꎬ几乎是5ᶄUTR平均长度的4倍ꎬ这种长度使得3ᶄUTR包含更多的结构元件及更多的与反式作用因子结合的位点ꎬ从而赋予3ᶄUTR行使特异转录调控功能的重要使命[5]ꎮ3ᶄ末端存在两个很重要的保守序列:①位于切割位点上游10~35nt处的AAUAAA序列ꎻ②poly(A)位点下游的富含U或GU的序列ꎬ它8们可以被premRNA加工复合物特异的RNA结合蛋白(RBPs)所识别和结合ꎬ参与调控mRNA多种代谢过程[6]ꎮ2.3ᶄUTR调控mRNA的稳定性及翻译过程:真核细胞3ᶄUTR在基因转录后水平的调控中起到非常重要的作用ꎬ其参与mRNA代谢的多个过程ꎬ包括调控mRNA3ᶄ末端的加工ꎬ如mRNA的剪切和多聚腺苷酸化过程ꎬ还可以参与调控mRNA翻译过程㊁mR ̄NA稳定性㊁mRNA降解及其细胞定位与运输等过程ꎮmRNA降解是基因表达调控的一个重要机制ꎬ适时地关闭不再需要表达的基因和清除不再有用的mRNA是基因表达调控的重要阶段ꎬ转录本中参与调节mR ̄NA稳定性的元件也存在于3ᶄUTR中[2]ꎮmRNA翻译过程的调控对于基因表达的影响是非常重要的ꎬ通过一系列反式作用因子与mRNA的5ᶄUTR或者3ᶄUTR结合从而影响mRNA翻译的起始㊁延伸及终止的过程ꎬ3ᶄUTR对mRNA翻译的调控主要通过以下两方面进行:(1)翻译效率的调控:在多数情况下ꎬ3ᶄUTR含有多种顺式作用元件ꎬ它们能与反式作用因子相互作用来抑制翻译的进行ꎬ其中最常见的顺式作用元件有富含AU的元件(AREs)㊁富含GU的元件(GREs)㊁富含CU的元件(CUREs)及分化调控元件(DICEs)㊁富含CA的元件(CAREs)㊁离子反应元件(IREs)和硒代半胱氨酸插入序列元件(SECIS)ꎬ它们可以与相应的反式作用因子相互作用从而调控mR ̄NA的翻译效率ꎮ(2)编码功能的调控:在真核细胞中ꎬUGA密码子一般是翻译终止信号ꎬ但在3ᶄUTR内存在的顺式作用元件 硒代半胱氨酸插入序列 (SE ̄CIS)的指导下ꎬUGA编码的罕见硒代半胱氨酸(Se-Cys)能掺入多肽链中ꎬ从而控制某些特殊遗传密码子的辨认ꎬ进而调控mRNA的编码功能[7]ꎮ3.3ᶄUTR控制mRNA的定位:3ᶄUTR在转录本的定位和翻译调控中起到至关重要的作用ꎬ这包括mR ̄NA的定位和蛋白质合成的胞质定位ꎬmRNA的定位主要取决于顺式作用元件3ᶄUTRꎬ这种定位元件长度一般从几个核苷酸(nt)到>1kbꎬ且主要存在于3ᶄUTR中[8]ꎮ研究表明ꎬ细胞质内有很多种mRNA是特定定位的ꎬ这在果蝇卵细胞中表现最为突出ꎬ其内的许多mRNA和蛋白质的正确定位对胚胎极性的建立以及随后的胚胎分裂是必需的ꎬmRNA在胞质中的具体定位与转录本和细胞骨架之间的相互作用有关[7]ꎮ4.3ᶄUTR与主要的反式作用因子相互作用参与基因转录后水平的调控:众所周知ꎬ3ᶄUTR可以与反式作用因子相互作用从而参与基因转录后水平的调控ꎬ目前常见的反式作用因子主要有RNA结合蛋白(RBPs)和非编码RNAs(noncodingRNAs)ꎬ其中包括microRNAs(miRNAs)ꎬsmallnucleolarRNAs(snoR ̄NAs)及longnoncodingRNAs(lncRNAs)ꎮmiRNAs是一些由内源性基因编码的长度约22nt的单链noncodingRNAsꎬ它们的靶向序列一般有2~8个核苷酸与mRNA3ᶄUTR的5ᶄ端或 seedregion 互补结合来调控基因的表达ꎬ从而阻止靶mRNA的翻译或者直接降解靶mRNA[9]ꎮ第1个被确认的miRNA 在线虫中首次发现的lin-4和let-7ꎬ可以通过部分互补结合到目的mRNA靶的3ᶄ非编码区(3ᶄUTRs)ꎬ以一种未知方式诱发蛋白质翻译抑制ꎬ进而抑制蛋白质合成ꎬ通过调控一组关键mRNAs的翻译从而调控线虫发育进程ꎬ目前已有越来越多人证明了突变发生在miRNA或3ᶄUTR的靶向区域内将改变靶基因的表达进而影响肿瘤的发生率[3ꎬ10]ꎮ3ᶄUTR也可以与RNA结合蛋白相互作用参与基因转录后水平的调控ꎬRBPs通过招募其他的效应分子或者直接与3ᶄUTR的顺式作用元件相互结合从而参与基因转录后水平的调控ꎬ近年来研究发现一些核酸分子可以介导蛋白及蛋白的相互作用(PIP)ꎬ从而调控蛋白质的多种代谢过程包括蛋白复合物的形成㊁蛋白质的定位及蛋白的功能等过程ꎬ而不改变其自身的氨基酸序列ꎬ这为拓宽3ᶄUTR的功能提供思路[11ꎬ12]ꎮ三、3′UTR与肿瘤的关系1.3ᶄUTR的突变与肿瘤的关系:正常组织中ꎬ调控细胞增殖㊁凋亡㊁细胞寿命㊁细胞侵袭和极性的这些通路是正常有序进行的ꎬ而在肿瘤组织中ꎬ这些通路是调控异常的ꎬ目前已经有多篇报道ꎬ在人类肿瘤细胞中发现一些mRNA3ᶄUTR的突变和异常表达ꎬ而这些突变和异常是存在于肿瘤的病变开始到侵袭转移过程中的ꎬ从而能调控肿瘤发生㊁进展和转移等过程[3]ꎮ3ᶄUTR突变包括点突变㊁移位㊁缺失㊁扩增等形式ꎬ其中点突变若发生在与miRNA结合区将会产生或破坏miRNA与mRNA的结合ꎬ从而引发恶性转化ꎬ3ᶄUTR缺失会通过选择性改变poly(A)来缩短3ᶄUTR从而改变miRNA调控的癌基因ꎬ例如癌基因IGF2BP1/IMP1ꎬ将会导致癌基因的转化[13]ꎮ近年来ꎬ通过对人类全基因组相关研究发现突变发生在非编码区要比编码区的突变更易引起疾病ꎬ突变发生在93ᶄUTR的结合区或miRNA会破坏调控机制ꎬ从而引起细胞恶性转化导致肿瘤发生[3]ꎮ有文献报道BRCA1的3ᶄUTR区的单核苷酸突变将成为一个肿瘤标志物来预测肿瘤风险ꎬ在BRCA1突变的患者中PHB和MTHFR的3ᶄUTR的单核苷酸突变导致乳腺癌发生风险增加[14]ꎻ另外有研究发现3ᶄUTR与mi ̄croRNA的结合区发生突变将会影响肿瘤的发生ꎬ如REV3L基因3ᶄUTR单核苷酸突变后促进肺癌的发生[15]ꎮ表皮生长因子体(EGFR)通过介导细胞寿命㊁细胞凋亡㊁肿瘤侵袭和转移来参与致瘤过程ꎬ最近发现EGFR的3ᶄUTR774T>C突变能促进膀胱癌的发生[16]ꎮKIT基因3ᶄUTR与microRNA结合区发生突变后会增加肢端黑色素瘤发生的风险[17]ꎻmannose-bindinglectin2(MBL2)的3ᶄUTR的SNP可以增加结直肠癌发生的风险[18]ꎮMDM4基因能通过抑制p53蛋白功能促进肿瘤的发生ꎬ因此当MDM4的3ᶄUTR突变将会影响卵巢癌的进展及化疗敏感度进而延迟卵巢癌进展和肿瘤相关的死亡[19]ꎮThymidylatesyn ̄thase(TS)基因的3ᶄUTR的突变与非小细胞肺癌的化疗敏感度有关[20]ꎮMYCL1基因的3ᶄUTR的SNP将会增加小细胞肺癌的易感性[21]ꎻcyclinE1基因的3ᶄUTR的SNP与鼻咽癌发生相关[22]ꎮ这些提示3ᶄUTR的突变对于肿瘤的发生㊁发展具有重要的作用ꎬ这使其有可能成为评估肿瘤发生风险的生物标志物ꎮ2.3ᶄUTR作为独立RNA分子与肿瘤的关系:众所周知ꎬ3ᶄUTR可以通过与反式作用因子主要有RNA结合蛋白(RBPs)及miRNAs相互作用来调控mRNA多种代谢过程ꎮ近年来ꎬ越来越多的研究发现3ᶄUTR可以作为独立的RNA分子发挥来调控靶基因的表达和相应的生物学活性ꎮ有文献报道ꎬ抗增殖蛋白基因prohibitinmRNA拥有较长的3ᶄUTRꎬ它发挥的抗增殖活性区域定位于3ᶄUTRꎬ研究发现prohibitin3ᶄUTR在乳腺癌症细胞中可以以一种独立的RNA分子发挥抑癌功能[23]ꎮ另外有研究发现ꎬC/EBPβ3ᶄUTR包含肿瘤抑制功能的RNA调控元件ꎬ其3ᶄUTR可以作为独立存在的RNA分子发挥抑癌功能[24]ꎮ核苷酸还原酶基因的3ᶄUTR可以作为一种重要限制酶参与DNA合成从而抑制转化成纤维细胞与肿瘤细胞(HeLa)的生长增殖和转移的过程ꎬ这些研究提示3ᶄUTR可能可以单独作为抑癌基因又可以作为癌基因来发挥作用ꎬ使得3ᶄUTR可能作为一种新的RNA分子成为肿瘤诊断的分子标志物或者药物靶点从而指导肿瘤的诊断和治疗[25]ꎮ综上所述ꎬ3ᶄUTR在转录后水平的调控及其突变在细胞分化ꎬ生长发育㊁增殖凋亡及肿瘤发生㊁发展过程中发挥如此重要的作用ꎬ也越来越多的引起研究者的关注ꎬ随着对于3ᶄUTR及miRNA作用机制的深入研究ꎬ将有助于更加全面地了解细胞生长㊁分化㊁恶性转化㊁细胞周期调控等生命现象的复杂性ꎬ从而使人们对于高等真核生物基因表达调控的网络理解提高到一个新的水平ꎬ随着对3ᶄUTR与肿瘤关系的研究的进一步深入ꎬ也将使3ᶄUTR可能成为肿瘤诊断的新的生物学标志ꎬ还可能使得这一分子成为药靶ꎬ或是模拟这一分子进行新药研发ꎬ从而可能为人类疾病及肿瘤的预防㊁诊断和治疗提供一种新的手段ꎬ并拓宽3ᶄUTR相关肿瘤的诊断和治疗的领域和视野ꎮ参考文献1㊀NowotarskiSLꎬShantzLM.TheODC3ᶄ-untranslatedregionand5ᶄ-untranslatedregioncontaincis-regulatoryelements:implicationsforcarcinogenesis[J].MedSciꎬ2017ꎬ6(1):1-92㊀MayrC.Regulationby3ᶄ-untranslatedregions[J].AnnRevGenetꎬ2017ꎬ51(1):171-1943㊀McnallyLꎬManneUꎬGrizzleWE.Post-transcriptionalprocessingofgeneticinformationanditsrelationtocancer[J].BiotechHistochemOffꎬ2013ꎬ88(7):365-3724㊀GallieDR.Ataleoftwotermini:afunctionalinteractionbetweentheterminiofanmRNAisaprerequisiteforefficienttranslationinitiation[J].Geneꎬ1998ꎬ216(1):1-115㊀PesoleGꎬLiuniSꎬGrilloGꎬetal.UTRdbandUTRsite:specializeddatabasesofsequencesandfunctionalelementsof5ᶄand3ᶄuntrans 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转录后水平调控方式英文Transcriptional regulation is a dynamic process that dictates how and when genes are expressed in cells. It's like a conductor leading an orchestra, each gene playing its part at the right time.Methylation, a common post-transcriptional modification, can either stifle a gene's voice or amplify it, depending on where it occurs in the DNA sequence. It's a bit like adjusting the volume on a stereo—some tunes get louder, while others fade into the background.Ever heard of microRNAs? They're tiny molecules that can bind to messenger RNA and prevent it from being translated into protein. It's as if they're the bouncers at a club, deciding who gets in and who stays out.The world of post-transcriptional regulation is bustling with activity, much like a busy city at rush hour. Each molecule has a role to play, ensuring that the right proteins are made at the right time and in the right amounts.Splicing, a post-transcriptional event, can create different versions of a protein from a single gene. It's like having a single recipe but making multiple dishes by changing the ingredients slightly.Some proteins undergo phosphorylation, a post-translational modification that can change their activity or location within the cell. It's akin to a light switch being flipped, turning a protein on or off.The ubiquitin-proteasome system is a post-translational pathway that tags proteins for destruction. It's the cellular equivalent of a recycling program, ensuring that proteins don't hang around longer than they should.Alternative splicing is a fascinating phenomenon that allows for the creation of multiple protein isoforms from a single gene. It's like having a wardrobe full of clothes but mixing and matching them to create different outfits for different occasions.Post-translational modifications can be thought of as the final touches on a painting, adding depth and complexity to the proteins' functions. They're the brush strokes that give the masterpiece its full effect.In the realm of post-transcriptional regulation, there's a lot going on behind the scenes. It's like a backstage pass to a theater production, where you see all the preparations and adjustments happening before the curtain rises.The interplay between different regulatory mechanisms is intricate and essential for maintaining cellular homeostasis. It's like a well-choreographed dance, with each participant knowing their steps and timing perfectly.。
基因转录调控的信号转导机制基因是生命的基本单位,它们的表达水平被调控着,因而对于生物体的发育和适应至关重要。
这种调控是通过对DNA链和RNA链的修饰、组蛋白修饰以及基因转录和翻译水平的控制实现的。
在这个过程中,基因转录调控的信号转导机制是至关重要的,因为它可以将信号传递到DNA上,使得基因的表达可以受到表观遗传机制的调控。
在信号转导的过程中,染色质的结构和转录因子扮演着重要的角色。
非编码RNA如小分子RNA、反义RNA、长链非编码RNA和水解RNA在这一过程中也发挥着至关重要的作用。
这些RNA可以在基因转录中发挥直接和间接作用,使得转录的水平得到调节。
染色质的结构对于基因的表达调控至关重要。
将染色质从紧密的状态转换为较松散的状态能够使转录因子更容易接近到DNA链上进行结合,因而促进基因的转录。
反之,当染色质处于紧密的状态时,转录因子不能进入DNA链上,也就不能进行结合和基因的转录,因而阻碍了基因的表达。
转录因子是基因转录调控的关键因素之一,在信号传递的过程中发挥至关重要的作用。
转录因子包括了不同种类的蛋白质,它们结合到DNA链上,从而调控基因的转录。
每个转录因子的活性和选择性都不同,它们与DNA的特定序列进行结合和作用,并将信息传递给下一个环节。
这些转录因子可以被激活或抑制,从而对基因进行调节,影响基因的表达。
长链非编码RNA和小分子RNA都是在调节基因的转录过程中发挥着关键作用的非编码RNA。
长链非编码RNA(lncRNA)参与到了histone修饰、DNA甲基化和去甲基化等基因表观遗传调控过程中。
lncRNA也可以和基因组DNA形成三维空间结构,从而控制基因的转录。
小分子RNA(miRNA)则通过与mRNA结合,从而调控mRNA的稳定性和转录过程。
他们能够通过抑制蛋白质的翻译、破坏mRNA,或者促进基因剪切等方式来调节基因的表达水平。
综上所述,基因转录调控的信号转导机制是复杂而多样的。
基于不同的信号通路,通过不同的转录因子的活化或抑制、DNA的高级修饰、转录起始复合体的形成,以及非编码RNA的介入等过程去调节基因的表达水平。