核糖体RNA的应用

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

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

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[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

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[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.