翻译的可调控性及其调控方式

四、翻译的可调控性及其调控方式

（一）翻译起始调控

在翻译的起始阶段，80S·Met-tRNAMeti·mRNA起始复合物形成之前的各个阶段都可以发生调控作用。

1．阻遏蛋白的调控作用 并不是所有进入胞质的mRNA分子都可以立即与核糖体结合，进行蛋白质的生物合成。有一些特定的翻译抑制蛋白可以结合到一些mRNA的5′端，抑制翻译。如铁蛋白（ferritin）mRNA分子的5′端非编码区有一段约30个核苷酸的序列，称为铁反应元件（iron-response element），可折叠成一个茎-环结构（即发夹结构），可以结合一个铁结合调节蛋白（regulatoryiron-binding protein）。该蛋白未与铁结合时，可与mRNA茎-环结构结合，抑制翻译（图5-18），如有铁与该蛋白结合，则该蛋白从mRNA上解离，mRNA的翻译效率可提高100多倍。

2．翻译起始因子的功能调控 主要是对两种起始因子eIF-2和eIF-4E进行调控，通过对两者的磷酸化修饰调节翻译效率。细胞内某些信号（生长因子、热休克、病毒感染、血红蛋白浓度变化等）能够诱发这两种起始因子的磷酸化和去磷酸化，从而改变翻译的效率。另外细胞内的某些抑制因子能够与特定的起始因子结合，而抑制翻译的起始。例如，胰岛素能够去除抑制因子与起始因子的结合从而提高翻译效率。需要注意的是eIF-4E和eIF-2的磷酸化修饰对翻译的影响恰好相反，前者的磷酸化是刺激翻译，后者则是抑制翻译。如网织红细胞内血红蛋白浓度对珠蛋白合成的控制是通过对eIF-2的磷酸化来进行的。当细胞内缺乏血红蛋白时，细胞内PKA被激活，进而催化eIF-2激酶的磷酸化而活化，eIF-2激酶被激活后再催化eIF-2磷酸后，eIF-2的磷酸化必然导致珠蛋白翻译受到抑制，从而协调了血红蛋白浓度与珠蛋白的合成。胰岛素、丝裂原等可使eIF-4E磷酸化，抑制蛋白质合成的刺激信号，使eIF-4E去磷酸化（图5-19）。

3．5′AUG对翻译的调控作用 按蛋白质生物合成的模型，以真核mRNA为模板的翻译开始于最靠近其5′端的第一个AUG。90%以上的真核mRNA符合第一AUG规律。但有些mRNA中，在起始密码子AUG的上游（5′端）非编码区有一个或数个AUG，称为5′AUG。5′AUG的阅读框通常与正常编码区的阅读框不一致，不是正常的开放阅读框。如果从5′AUG开始翻译，很快就会遇到终止密码子，从而翻译出无活性的短肽。5′AUG和正常的起始密码子AUG都有一定的概率作为翻译的起始密码子。因此，5′AUG可以减少正常AUG启动翻译的作用，使翻译维持在较低的水平。5′AUG多存在于原癌基因中，是控制原癌基因表达的重要调控因素。5′AUG缺失是某些原癌基因翻译激活的原因。

4．mRNA 5′端非编码区长度对翻译的影响 起始密码AUG上游非编码区的长度可以影响翻译水平。当第一个AUG密码子离5′端帽子的位置太近时，不容易被40S亚基识别。当第一个AUG密码子距5′端帽子结构的距离在12个核苷酸以内时，有一半以上的核糖体40S亚基会滑过第一个AUG；当5′端非编码区的长度在17～80核苷酸时，体外翻译效率与其长度成正比。所以，第一个AUG至5′端之间的长度同样影响翻译起始效率和翻译起始的准确性。

（二）小分子mRNA对翻译水平的影响

对于小分子RNA对基因表达调控的研究是近几年生命科学研究的热点问题。目前已发现有两种小分子RNA参与到转录后基因沉默：小分子干扰RNA（small interfering RNA，siRNA）和微小RNA（micro RNA，miRNA）。siRNA和miRNA调控基因表达，影响细胞的许多功能，对两者的研究有更好的应用前景。(https://www.daowen.com)

siRNA（图5-20）是一种小RNA分子（21～25核苷酸），由Dicer（RNAaseⅢ家族中对双链RNA具有特异性的酶）加工而成。由于RNA病毒入侵、转座子转录等原因，细胞反应性地特异表达出dsRNA，Rde-1（RNAi缺陷基因-1）编码的蛋白质识别外源dsRNA，当dsRNA达到一定量的时候，Rde-1引导dsRNA与Rde-1编码的Dicer结合，形成酶-dsRNA复合体。在Dicer酶的作用下，细胞中的单链靶mRNA（与dsRNA具有同源序列）与dsRNA的正义链互换，在ATP的参与下，细胞中存在的一种RNA诱导的沉默复合体RNA-induced silencing complex（RISC）利用结合在其上的核酸内切酶的活性来切割dsRNA上处于原来正义链位置的靶mRNA分子中与dsRNA反义链互补的区域，形成21-23nt的dsRNA小片段，这些小片段即为siRNA。siRNA并入RISC中，然后与靶标基因编码区或UTR区完全配对，降解靶标基因。我们把这种双链RNA对基因表达的阻断作用被称为RNA干预（RNA interference，RNAi）。双链RNA经酶切后所形成的小片段siRNA，只要与信使RNA（mRNA）中的同源序列互补结合，就会导致mRNA失去功能，即不能翻译产生蛋白质，也就是使基因“沉默”了。

miRNA（图5-21）是一种大小为21～23个碱基的单链小分子RNA，是由具有发夹结构的70～90个碱基大小的单链RNA前体经过Dicer酶加工后生成，不同于siRNA（双链），但是和siRNA密切相关。第一个被确认的是在线虫中首次发现的lin-4和let-7，随后多个研究小组在包括人类、果蝇、植物等多种生物物种中鉴别出数百个miRNA。

1993年发现的小分子RNA（lin-4RNA），像酶和调节蛋白那样对真核生物mRNA的翻译起阻抑作用。lin-4RNA由lin-4基因编码，它阻抑lin-14蛋白质的产生。lin-14蛋白质是一种核蛋白，它调控生长发育的时间选择。lin-4基因表达产生两个小分子RNA，一个长度为22个核苷酸，另一个在3′端延长至40个核苷酸。它们的顺序是保守的，只要有一个碱基变化就会破坏它们对lin-14mRNA翻译的阻抑作用。lin-4RNA的阻抑作用需要lin-14mRNA中的特异顺序，如去掉这种顺序，mRNA就不会被阻抑。这个顺序位于终止密码子与多聚A尾之间的3′端非编码区内，此区是lin-4RNA发挥阻抑作用的关键部位。

近年来对于miRNA的研究虽然已取得一些进展，但其研究还处在理论水平，以miRNA为靶点或者以miRNA为诊断和治疗手段的设想成为未来研究的重点。