《cell》文献翻译:聚腺苷酸化诱导翻译的密码(规则)

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破解聚腺苷酸化诱导翻译的密码
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Joel D. Richter9 C  S/ b6 r  V' G
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Cell 132, 335 – 337, Feb. 8, 2008
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    Poly(A)尾长度的变化可调节许多母源mRNA的翻译。在非洲爪蟾卵母细胞的成熟过程中，母源mRNA的3’非翻译区(UTR)有三个不同的反式因子介导聚腺苷酸化。Pique等在本期Cell探讨了这三个因子的相互作用，从这些相互作用可破解预测母源mRNA的聚腺苷酸化和翻译时机的密码。
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    动物的早期发育有一部分是由受精时卵子固有的mRNA进行编程。这些沉默的母源mRNA并不是全部在同一时间同一位点进行翻译，它们的表达受时间和空间的调节。在卵母细胞发育的最后阶段（即卵母细胞成熟或有丝分裂阶段），尽管许多母源mRNA在早期胚胎中翻译，但某些母源mRNA早在受精之前就进行翻译。停顿在成熟阶段之前的未成熟卵母细胞有许多带有短poly(A)尾的沉默的mRNA。当这种卵母细胞与可启动细胞成熟进程的孕酮接触时，poly(A)尾可生长变长，随即开始翻译。聚腺苷酸化和翻译的作用并不仅限于卵母细胞成熟，但它们是这些细胞成熟所必需的。因此对翻译控制和减数分裂过程的理解的某些关键点与细胞质聚腺苷酸化机制有关。Pique等在本期Cell描述了由母源mRNA 3’非翻译区(UTR)的反式作用因子组成的复合密码，这些密码可允许我们预测哪些mRNA会受到抑制，哪些mRNA会进行聚腺苷酸化和翻译，这些过程何时发生。3 b  I# l7 m" E! D* v2 P+ ]
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    细胞核中大多数前mRNA有较长poly(A)尾，这些在3’ UTR有细胞质聚腺苷酸化序列因子(CPE)和邻近的6核苷聚腺苷酸AAUAAA(HEX)的前mRNA在细胞质中缩短其poly(A)。控制这个过程的三个重要蛋白是：使mRNA脱腺苷的CPE结合蛋白(CPEB)和poly(A)专一性核酸酶(PARN)，以及poly(A)聚合酶Gld2。尽管PARN和Gld2都有活性，但PARN的活性更强，因此在Gld2刚使poly(A)与mRNA连接时，就会被PARN除去。然而，短poly(A)尾本身并不一定抑制翻译，这个过程需要另一个蛋白因子Maskin。Maskin不仅与CPEB结合，也与帽结合因子eIF4E结合。这些蛋白因子的构型阻止eIF4G与eIF4E的相互作用，因此可通过直接干扰在mRNA末端的核糖体40S亚基的位置而抑制翻译。
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( z" {2 t$ f3 u: H    在用孕酮刺激后，Aurora A激酶可磷酸化CPEB。CPEB的磷酸化导致它与切割和聚腺苷化因子(CPSF，与HEX结合的多亚基复合物)紧密结合，从而使PARN从这个核糖核蛋白体中解离，导致发生Gld2催化的mRNA聚腺苷酸化。增长的poly(A)尾再与胚胎poly(A)结合蛋白ePAB结合，ePAB进一步与eIF4G相互作用，帮助eIF4G从可启动翻译的eIF4E中置换Maskin。$ ~* j; ~" E8 O, M% K
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    有关RNA在卵母细胞成熟的早期或晚期进行聚腺苷酸化的研究给出了在另一种水平进行调节的线索。在晚期聚腺苷酸化过程中需要一种早期聚腺苷酸化诱导的翻译产物—Mos激酶，以及依赖于细胞周期蛋白的激酶1(cdk1)和蛋白酶体介导的某些细胞内CPEB的解体。Pique等在最近的研究中测定了在聚腺苷酸化发生时，进行调控的mRNA 3’ UTR的特征。他们研究了CPEB介导的翻译控制和活化所需要的序列，找到了预测哪一种mRNA在多大程度上受CPEB调节的算法。/ Q# B+ a: y+ B' T  M

- t! r  X- U+ x' Z7 H7 m    非洲爪蟾卵母细胞有5种B型细胞周期蛋白，为这些蛋白编码的mRNA(B1, B2, B3, B4, B5)都有CPE和短poly(A)尾，都没有活性。这些RNA都有一个Pumilio结合因子(PBE)。PBE是一个RNA序列，与CPEB相互作用的Pumilio RNA结合蛋白可识别PBE序列。B1、B2、B4和B5在响应孕酮时可被聚腺苷酸化，但B3无此反应。此外，B1、B2、B4和B5的聚腺苷酸化并不是同时进行。B1和B4在卵母细胞成熟后期聚腺苷酸化，并需要有cdk1介导的细胞中CPEB的部分解体。B2和B5聚腺苷酸化的时间较早，不受cdk1的影响。对每种mRNA活性屏蔽程度的深入研究发现，B1、B4和B5在卵母细胞中被深度抑制，而B2和B3则不被抑制。相反，B1、B4和B5的翻译活化要大于B2和B3。这些不同类型的调节原因何在？
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Pique等进一步集中研究了与聚腺苷酸化和翻译有关的UTR的三个特征：CPE、PBE和HEX。他们制备了很大一组3’ UTR，这些UTR的不同在于是否有上述序列因子(CPE、PBE或HEX)，这些序列因子之间的距离和因子出现的次数也有所不同；对CPE而言，它可以是保守的或非保守的，即它的序列可以是也可以不是CPEB的最佳结合位点。Pique等不仅检测注射了上述RNA后卵母细胞中的聚腺苷酸化和翻译，而且使用RNA凝胶移位分析和紫外交联分析，进一步确定CPEB和Pumilio的相对结合特性。这些实验的结果使研究人员可以确立一套规则或“复合密码”，这些密码控制在成熟的卵母细胞中，mRNA是怎样和何时受到调节。他们的发现包括，第一，即使存在聚腺苷酸化，单个CPE或两个相距50核苷酸以上的CPE，不能使翻译受到抑制。在这种情况中，PBE的存在与否没有什么影响。第二，翻译抑制需要有两个以上彼此接近的CPE，这些CPE可以位于3’ UTR中的任何位置。第三，在存在两个以上CPE时，PBE可以增加翻译抑制。Pique等从上述数据推断Maskin可聚集到CPEB二聚体上或与CPEB二聚体一起发挥作用，但不能与CPEB单体一起作用。指导聚腺苷酸化的序列因子相对比较简单。距HEX不超过25核苷酸的单个CPE对聚腺苷酸化效果最佳。在这些序列因子之间的距离超过120核苷酸时，则不发生聚腺苷酸化。PBE可以增强单个CPE介导的聚腺苷酸化。这些观察和其他证据说明Pumilio帮助稳定在CPE上的CPEB。& |" m; Z# h, R% q6 t
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早期聚腺苷酸化的mRNA与晚期聚腺苷酸化的mRNA有什么区别？主要的决定因素很明显是与HEX重叠的CPE。Pique等提出，对于早期聚腺苷酸化的mRNA来说，这两个因子没有重叠，因此CPEB和CPSF对mRNA的结合不存在竞争。对于晚期聚腺苷酸化的mRNA来说，至少要有两个CPE，其中一个与HEX重叠。CPEB与两个CPE的结合可阻止CPSF与HEX的结合，从而抑制聚腺苷酸化。CPEB随着cdk1的活化而磷酸化，其中一些遭到破坏（可能是随机发生的），使某些mRNA上的HEX可与CPSF结合，从而帮助产生聚腺苷酸化。
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& |$ O$ J* J; H6 W* bPique等最终使用了计算机方法，根据序列规则（密码）推算出了一个或被屏蔽或被翻译的mRNA的详细名单，这种推测来自实验分析。有趣的是，这个名单中的大量mRNA为与细胞周期或分化有关的蛋白质编码，这说明CPEB在胚胎形成中和在卵母细胞成熟中一样有重要作用。
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非洲爪蟾卵母细胞是研究促使M期发生的激酶信号传导的重要材料。同样，卵母细胞对分析RNA 3’端加工和翻译控制也极具价值。Pique等的工作表明这类研究还远远没有完结。
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3 t4 ?9 P6 g  K* k- q# k6 V% `: u& z本文转自建人先生原创，感谢