Nature子刊:定位人类基因组的非常规翻译

【字体: 时间:2013年06月18日 来源:生物通

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  Arizona州立大学的研究人员,首次在全基因组范围内研究了不依赖帽子结构的翻译机制,鉴定了在这一机制中作为翻译增强元件(TEE)的mRNA序列,这些序列位于编码区的上游,负责将核糖体招募到翻译起始位点。这项研究发表在本期的Nature Methods杂志上。

  

生物通报道:蛋白质翻译一直是科学家们重点研究的生物学过程。目前人们对翻译过程的常规机制已经有所了解,不过实际上蛋白的合成方式并不只有一种。

Arizona州立大学的研究人员,首次在全基因组范围内研究了不依赖帽子结构的翻译机制,鉴定了在这一机制中作为翻译增强元件(TEE)的mRNA序列,这些序列位于编码区的上游,负责将核糖体招募到翻译起始位点。这项研究发表在本期的Nature Methods杂志上。

真核细胞的绝大多数蛋白合成,是依赖帽子结构的。在这种常规翻译机制中,核糖体沿着单链mRNA移动,并读取密码子。不过在此之前,核糖体得先结合mRNA 5'端帽子结构。

有时核糖体不需要先结合5'端的帽子结构,就可以开始读取mRNA上的信息,这一机制被称为不依赖帽子结构的翻译。当真核细胞进行有丝分裂和凋亡时,就会出现这样的翻译形式。此外,许多病毒也利用不依赖帽子结构的翻译,使宿主的核糖体优先翻译病毒的转录本。迄今为止,人们对上述翻译机制还并不了解。

第一作者Brian P. Wellensiek及其同事设计了一个体外筛选策略,来研究不依赖帽子结构的翻译,鉴定这一机制中负责起始翻译的序列,并对这些序列的功能进行验证。

文章的资深作者John Chaput解释道,之前研究不依赖帽子结构的翻译,大多使用源自病毒的RNA片段。“这些RNA分子可以通过折叠,模拟一些真核翻译中的起始因子,”他说。近来,人们在细胞中也发现了类似的RNA分子,只不过这些RNA序列较短,其作用方式也与病毒RNA不同。

为了在整个基因组范围内鉴定上述RNA序列,研究人员先将基因组切割成为约200bp的随机片段,构建了整个人类基因组的DNA文库,并对这些序列进行了转录。他们采用了mRNA展示技术,使成功转录的氨基酸序列仍结合在mRNA片段上。在此基础上,研究人员筛选得到了翻译增强元件,并发现这些元件聚集在基因组的非编码区域。

随后,研究人员将上述翻译增强元件,插入到一个带有发夹结构的载体。“如果核糖体与5'端帽子结构结合,就会遇到发夹结构而失效。如果核糖体跳过发夹结构,识别并翻译了后面的序列,就意味着该序列可以作为内源性的核糖体起始位点。”Chaput解释道。由此,研究人员进一步认识了不依赖帽子结构的翻译,在基因组范围内定位了该机制的起始序列。

这项研究可以帮助人们进一步理解翻译的基础机制,同时也为生物医学研究领域带来了重要启示。因为许多病毒都通过不依赖帽子结构的翻译,来劫持细胞的翻译机制,使其优先翻译病毒的蛋白。

 

(生物通编辑:叶予)

生物通推荐原文摘要:

Genome-wide profiling of human cap-independent translation-enhancing elements

We report an in vitro selection strategy to identify RNA sequences that mediate cap-independent initiation of translation. This method entails mRNA display of trillions of genomic fragments, selection for initiation of translation and high-throughput deep sequencing. We identified >12,000 translation-enhancing elements (TEEs) in the human genome, generated a high-resolution map of human TEE-bearing regions (TBRs), and validated the function of a subset of sequences in vitro and in cultured cells.

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