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miRNA介导的mRNA翻译阻遏机制仍然存在争议

May 06, 2008 No Comments

(III) miRNA介导的mRNA翻译阻遏机制仍然存在争议

       目前,人们还未能就miRNA介导的mRNA翻译阻遏机制达成共识。早前从秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)获得的数据表明miRNA可通过与多聚核糖体结合从而被识别[8,69],这意味着该RISC对翻译的干扰作用发生在翻译起始后——这符合RISC诱导核糖体“脱落”的模式。人们预测这种模式会导致miRNA靶向蛋白氨基末端片段的形成。不过氨基末端抗体却未能检测到这些多肽,这可以解释为新生肽链的快速降解或抗体无法识别[70]。

       已经有证据表明,翻译的启始可能也是被miRISC抑制的。在用于阐述miRNA诱导的翻译阻遏的体外翻译系统中,miRNA阻断了80S核糖体的形成[71,72]。那么翻译起始抑制的可能机制是什么呢?有资料表明,5’帽子结构可能和具有内源核糖体插入位点(internal ribosomal entry sites, IRESs)的mRNA相关,这些mRNA的5’帽子结构是独立的,所以通过miRNA的3’ UTR的结合也不能抑制这些mRNA的翻译[73,74]。进一步研究表明,人工合成的去5’帽子结构的mRNA不易受miRNA介导的基因沉默的影响。此外,在体外翻译系统中,人们同样证实了5’帽存在的必要性[75,76]。因为病毒的IRES序列直接与Eif4G结合,从而绕过延伸起始因子4E (eIF4E),这些研究表明帽子结合蛋白eIF4E可能是作为RISC的一个潜在靶标[74]。为了支持并证明这项研究,将纯化的eIF4F(其中包括eIF4E、eIF4G、eIF4A、以及多聚腺苷酸结合蛋白[PABP])补充到细胞的提取液中,结果发现这引发了mRNA的翻译阻遏[71]。RISC干扰和帽子结构的识别之间是什么关系?Kiriakidou及其同事在人类Ago2蛋白(eIF4E类似物)中发现了一个5’帽结合位点。他们的研究表明,在体外这个位点可以结合一个帽子类似物,并且hAgo2帽结合位点的突变体破坏了hAgo2在体外的翻译阻遏效应[77]。

        由于eIF4F复合物还可以通过PABP结合poly(A)尾[78],可以预见poly(A)尾对miRISC诱导的基因沉默来说可能也是必需的。但是,关于这个理论的实验数据还有待补充和证实。有报道指出poly(A)尾对miRISC诱导的翻译阻遏来说是必需的[73,75],而其它一些报道则持相反意见[74]。有报道指出这种差异可以解释为转染方法的不同。在阳离子脂质转染中可以看到明显的翻译阻遏效应,但是使用相同结构的RNA进行电穿孔转染却看不到抑制效应[79]。因此,miRNA诱导的翻译阻遏是否需要poly(A)尾仍然有待确定。

       通过eIF4F对5’帽子识别效应的竞争性抑制也许不是抑制翻译起始的唯一机制。Chendrimada和Schiekhattar最近利用生化方法鉴定了eIF6(一种已知的核糖体组装抑制剂)以及MOV10 (果蝇中的翻译阻遏剂的类似物),它是作为一种复合物(分子量为2兆道尔顿)的组成部分,这种复合物包含TRBP和其它已知的RISC组件[80]。这种分子量极大的复合物只存在于60S核糖体中。重要的是,eIF6的缺失能特异性地阻断由let-7b介导的人工let-7b靶mRNA的下调作用。

       mRNA的脱帽反应和随后的5’→3’核酸外切酶的降解是mRNA沉默的另一种机制[64,81,82]。对一些靶mRNA去腺苷酸化,可以降低其稳定性。值得注意的是,这种去腺苷酸化并不是通过阻断翻译而再次出现的,表明这并不是一种二次效应[83,84]。Ago1和Ago2定位于P体(P-body)中(P-body也是去腺苷酸化、脱帽反应及mRNA降解之处),这表明miRNA介导的沉默可以通过与mRNA的结合从而于定位于这些核心结构中[85]。事实上,人们已经证明p54/RCK(一种定位于P-body中的蛋白质)可以直接与Ago1和Ago2相互作用。然而,破坏P-body的结构既不能破坏Ago1/2与p54/RCK之间的相互作用,也不能破坏miRNA介导的沉默效应[84]。此外,通过miRNA、mRNA与P-body的结合并不一定能导致mRNA的降解。阳离子氨基酸转运蛋白1(Cationic amino acid transporter-1, CAT-1)的mRNA通过与miR-122的3’ UTR的结合并定位于P-body中。但在压力条件下,mRNA被释放出来并聚集在多核糖体中[86]。

       这些不同的沉默方式是通过不同的RISC介导的吗,或者只由一种多功能的RISC介导?答案还不完全清楚。由于可以人为把Ago2和mRNA结合并诱导翻译阻遏,所以Ago2似乎可以同时在mRNA的裂解以及翻译水平的基因沉默中起作用[87]。虽然其它Argonaute家庭成员(Ago1、Ago3或Ago4)不具有RNA酶活性,但是也有可能这些Argonaute家族成员仍参与了非降解性的基因沉默。

       RISC的选择可能在很大程度上依赖于miRNA或靶序列、mRNA二级结构以及miRNA结合位点的多样性。事实上,在果蝇中,相比去除Ago1所导致的去阻遏mRNA,去除脱帽因子导致的去阻遏mRNA仅是其极小的一部分[82],这和“不同通路的沉默适用于不同的靶标”这一假设是一致的。

       在诱导基因沉默方面,miRNA已被证明具有强大的功能。我们期待对RISC的进一步研究,能阐明这些不同模式通路的基因沉默机制,以及在特定的环境下某一通路如何确定一种沉默方式。在那之前,对于miRNA诱导的基因沉默机制的争论还将继续。

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