RNA病毒翻译调控元件——内部核糖体进入位点(IRES)

真核生物大多数蛋白质合成采用了依赖帽子结构的翻译起始方式.但一组缺乏帽子结构的RNA病毒的蛋白质合成起始是依赖其5′端非翻译区(untranslated region,UTR)翻译调控的顺式作用元件———内部核糖体进入位点(internal ribosome entry site,IRES).它们能够在一些反式作用因子的辅助下,招募核糖体小亚基到病毒mRNA的翻译起始位点.目前,依赖IRES元件翻译起始的RNA病毒在哺乳动物,无脊椎动物及植物中均有发现.因此,对RNA病毒IRES元件的深入研究,不仅有助于阐明相关疾病的发生机理,而且为工业应用和疾病治疗提供借鉴意义.本文对RNA病毒IRES元件发现、分类、结构与功能等作了综述.

细胞内部核糖体进入位点研究进展

细胞内部核糖体进入位点(IRES)是mRNA5'端非编码区的一段特殊的序列,它允许核糖体不从mRNA的5'到3'端阅读而直接在此序列处结合mRNA并起始翻译。本文综述了IRES的发现、IRES的识别及细胞IRES的特征、作用机理、生物学意义及其生物学应用等方面的研究进展。

转录激活因子1(ATF1)内部核糖体进入位点的鉴定及活性分析

蛋白质翻译起始通常有两种机制,一是依赖帽结构的翻译,另一种是依赖5'非翻译区的内部核糖体进入位点(IRES).在后一种方式中,在某些IRES反式作用因子,如La蛋白、多聚嘧啶串结合蛋白1等的参与下,直接招募核糖体小亚基到mRNA的翻译起始位点,启始翻译.研究发现,参与细胞生长、分化、细胞周期进程、凋亡和压力调控的相关蛋白中通常含有IRES元件.基于功能,我们提出假说:转录激活因子1(ATF1)的5'-UTR可能具有IRES活性.为验证假说,首先构建了含全长ATF1 5'-UTR的双荧光素酶报告质粒;质粒转染结合报告酶活性分析显示,ATF1 5'-UTR在Bel7402、HCT-8和HEK293细胞中表现出不同的IRES活性;而此IRES活性与5'-UTR中的隐藏启动子无关.同时还发现,ATF1 5'-UTR在NIH3T3细胞中却没有IRES活性.与此结果相一致,Western印迹检测ATF1在这几种细胞系中的表达.结果显示,Bel7402、HCT-8和HEK293中ATF1蛋白质表达水平较高,而在NIH3T3中却极低.ATF1 5'-UTR的系列5'-删除突变及报告酶分析证明,ATF1 5'-UTR的完整性对其IRES活性大小发挥重要作用;其中5'端的204 bp序列对其IRES活性贡献较大.RNA-蛋白免疫共沉淀实验揭示,ATF1 5'-UTR可与La和PTBP1蛋白结合;抑制La和PTBP1蛋白质的表达,并可减低HEK293细胞中ATF1蛋白质表达水平.这些结果提示,La和PTBP1蛋白(两种ITAFs)为ATF1 5'-UTR发挥IRES活性所必需.总之,上述结果证明,ATF1 5'-UTR具有IRES活性,其活性发挥依赖与La和PTBP1蛋白的结合.上述发现为进一步研究La和PTBP1表达及亚细胞定位对ATF1 IRES调控机制的影响奠定了基础.

核糖体内部进入位点介导的翻译起始机制研究进展

真核生物mRNA翻译起始是依赖于帽状结构的。但是一些病毒的自身蛋白合成的起始依赖非帽状结构,这一特点有利于病毒摆脱宿主细胞翻译起始机制对其在细胞内复制的限制。它们利用一种末端为核糖体内部进入位点(IRES)的结构RNA来招募40S和60S核糖亚基组装成不同于帽状结构介导的成熟的核糖体来进行相关病毒蛋白的翻译。IRES元件由一些可以招募翻译因子并作用于mRNA末端的顺式作用元件构成。IRES早在20年前已被发现,但是仅在近几年研究者利用Ⅲ型和Ⅳ型IRES的模型对其进行了相关研究,使人们了解了RNA的二级结构如何控制并操纵核糖体对翻译的起始。

丙肝病毒内部核糖体进入位点Ⅲd区域及其适配体的发夹结构

发夹结构于RNA的生物学功能有重要影响。该文从实验和理论预测结构两方面,介绍丙肝病毒(HCV)内部核糖体进入位点(IRESI)IId区域及其适配体(aptamer)RNA中的发夹结构在翻译起始时的作用。

IRES连接双基因在溶瘤腺病毒中的抗肝癌作用

单基因治疗癌症可能杀伤力还嫌不够,故使用两个基因在癌症治疗中具有重要价值。利用IRES将双基因连接起来在溶瘤腺病毒中表达,构成ZD55-IL-24-IRES-TRAIL。研究发现,该病毒在多种肝癌细胞中能有效地介导外源双基因表达,并在很大程度上杀死肿瘤细胞,而对正常细胞WI38无明显杀伤力。并且,该病毒可以有效地抑制体内肿瘤生长,有的肿瘤甚至完全消失。

脑心肌炎病毒IRES置换不影响口蹄疫病毒的复制和毒力

内部核糖体进入位点(IRES)是微RNA病毒起始蛋白合成的关键元件。为研究IRES元件在病毒致病过程中的作用,本研究以口蹄疫病毒(FMDV)为模型,在已建立的O型FMDV c DNA感染性克隆的基础上,利用融合PCR的方法以脑心肌炎病毒(EMCV)的IRES替换FMDV的IRES,构建并拯救出含有EMCV IRES的嵌合病毒(r FMDV-EIRES)。一步生长曲线结果显示r FMDV-EIRES无论是在鼠源BHK-21细胞还是在猪源IBRS-2细胞中的复制能力均与亲本病毒相近。另外,r FMDV-EIRES对乳鼠的致病力与亲本病毒也相同。以上研究结果表明,虽然EMCV IRES与FMDV IRES一级序列存在显著差异,但二者的置换并不影响FMDV的复制和毒力,该结果有助于加深IRES在微RNA病毒复制和致病性功能的认识。

蛋白翻译元件IRES:病毒复制和毒力研究的新宠儿

真核生物的蛋白翻译,依赖于m RNA 5’端的帽子结构。而口蹄疫病毒(FMDV)、脊髓灰质炎病毒、人丙型肝炎病毒等一些RNA病毒,其蛋白的翻译是通过病毒自身的内部核糖体进入位点(Internal ribosomal entry site,IRES)以非帽依赖性方式完成的.

口蹄疫病毒基因组结构及其功能

口蹄疫病毒的基因组结构和功能是开展口蹄疫其他研究如鉴别诊断、新型疫苗研制和疫源追踪等工作的基础。口蹄疫病毒的基因组由5′UTR、ORF和3′UTR及Po ly(A)组成,全长约8 500 nt。VPg可能充当RNA合成引物的作用, 5′UTR 内的Poly(C)和内部核糖体进入位点(internalribosomaentrysite, IRES)是当前研究的热点之一。Poly(C)可能与病毒的感染性有关,IRES 对翻译的起始有重要作用。一般认为Poly(A)越长,病毒的感染性越强。病毒的ORF包括P1、P2、P3基因。L、P2、P3研究的相对较少,其中3A与病毒的宿主嗜性有关,3D为RNA聚合酶,可作为免疫和自然感染动物的鉴别诊断抗原。P1 为口蹄疫病毒的抗原结构,是研究口蹄疫免疫机制和新型疫苗的基础。VP1 可以作为分子流行病学调查,被很多国家所采用。

结核分枝杆菌rv3802c基因双顺反子真核表达质粒的构建及鉴定

为了构建结核分枝杆菌rv3802c基因双顺反子真核表达质粒,本研究利用重叠延伸PCR技术扩增出rv3802c-HisFlag基因片段,将其克隆到真核表达载体pCDNA3.1(+)上,测序验证后,将基因合成的内部核糖体进入位点和增强型红色荧光蛋白基因片段(IRES-DsRed2)定向插入到这个重组质粒上,经酶切鉴定获得双顺反子表达质粒pC3.1-3LHF-Red。将质粒pC3.1-3LHF-Red转染中国仓鼠卵巢(CHO)细胞,通过荧光显微镜观察到增强型红色荧光蛋白成功表达;经Western blot分析表明Rv3802c-HisFlag融合蛋白在CHO细胞中获得了表达。结果表明,本研究成功构建了共表达增强型红色荧光蛋白和Rv3802c-HisFlag融合蛋白的双顺反子表达质粒pC3.1-3LHF-Red,为进一步研究结核分枝杆菌Rv3802c蛋白在分枝杆菌感染细胞过程中的作用奠定基础。