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Poly(A)尾巴和翻译控制

摘要 : MIT 怀特海德研究所对来自酵母、植物、脊椎动物和哺乳动物的数百万RNA进行了测序,并用这些序列数据来记录poly(A)的长度。这项研究中所用的以单mRNA分辨率测定poly(A)尾巴长度的方法应能提供关于这种形式的翻译控制的重要信息。相关文章发表于2014年1月29日的《Nature》杂志上。
Poly(A)尾巴和翻译控制

大多数真核mRNA在它们的3′未翻译区域下游含有一个非模板化的poly(A)尾巴。这个尾巴通过防止它发生降解来帮助稳定转录体,并且还有助于mRNA向细胞质内的运输。

在此之前,科学家们已认为 mRNA poly(A) 尾巴长度影响 mRNA 如何高效地翻译:这种 poly(A) 尾巴越长,蛋白翻译越高效。这种理论是在研究早期胚胎中基因翻译之后推导出来的,这部分上是因为很少有研究是在 MZT 之后的有机体内开展的。再者,高通量 poly(A) 尾巴长度测量技术的缺乏也阻碍了这个领域的研究。如今,研究人员对这种理论提出质疑。

论文共同第一作者、来自 Bartel 实验室的研究生 Alexander Subtelny 利用他自己开发出的一种高通量方法记录了来自包括小鼠、青蛙、斑马鱼和人类在内的多种动物细胞中上百万个 mRNA 的长度。与此同时,论文共同第一作者 Stephen Eichhorn 研究了这些 mRNA 的翻译频率。

正如 Subtelny 和 Eichhorn 在这篇论文中所描述地那样,在非常早期的斑马鱼和青蛙胚胎中, poly(A) 尾巴长度和翻译效率表现出期待中的关系。令人吃惊之处在于在这些研究的物种中, poly(A) 尾巴长度并不影响已经历胚胎原肠胚形成阶段(gastrulation stage)的细胞内的翻译。

这一发现可能也解释了微 RNA(microRNA)如何影响翻译上看似矛盾的方面。microRNA 通过与 mRNA 相互作用而调整蛋白产量,作用方式为抑制与它们匹配的 mRNA 翻译以及让这些 mRNA 不稳定。 Subtelny 和 Eichhorn 研究了早期斑马鱼胚胎一直到原肠胚形成阶段期间的 microRNA 功能。在原肠胚形成阶段之前的胚胎中,microRNA通过切除它们的靶 mRNA 上的 poly(A) 尾巴而降低这些 mRNA 的翻译,然而在原肠胚形成阶段之后,microRNA 让它们的靶 mRNA 不稳定。

Subtelny 表示:“我们的研究结果可能让人们重新思考与大多数细胞中 poly(A) 尾巴相关的基因调节机制。但是,我们认为包括神经细胞和卵母细胞在内的一些细胞可能具有与我们在早期胚胎中观察到的相类似的基因调节。”Eichhorn 表示:“我们并不知道这种基因调节转换背后的机制,我们想要揭示出这种机制。”

原文摘要:

Poly(A)-tail profiling reveals an embryonic switch in translational control

Alexander O. Subtelny, Stephen W. Eichhorn, Grace R. Chen, Hazel Sive & David P. Bartel

Poly(A) tails enhance the stability and translation of most eukaryotic messenger RNAs, but difficulties in globally measuring poly(A)-tail lengths have impeded greater understanding of poly(A)-tail function. Here we describe poly(A)-tail length profiling by sequencing (PAL-seq) and apply it to measure tail lengths of millions of individual RNAs isolated from yeasts, cell lines,Arabidopsis thaliana leaves, mouse liver, and zebrafish and frog embryos. Poly(A)-tail lengths were conserved between orthologous mRNAs, with mRNAs encoding ribosomal proteins and other ‘housekeeping’ proteins tending to have shorter tails. As expected, tail lengths were coupled to translational efficiencies in early zebrafish and frog embryos. However, this strong coupling diminished at gastrulation and was absent in non-embryonic samples, indicating a rapid developmental switch in the nature of translational control. This switch complements an earlier switch to zygotic transcr-ptional control and explains why the predominant effect of microRNA-mediated deadenylation concurrently shifts from translational repression to mRNA destabilization.

 

对应Nature杂志: 2014年4月3日Nature杂志精选

来源: Nature 浏览次数:820

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