无义介导的mRNA降解

✍ dations ◷ 2025-09-08 02:01:44 #基因表现

无义介导的mRNA降解(英语:Nonsense-mediated mRNA Decay,常简写为NMD机制或NMD)是一种存在于所有真核生物中的遗传纠错机制(英语:MRNA surveillance)。这一机制透过降解含有提前终止密码子的异常mRNA转录子以减少基因表达上的错误。如果没有这一机制,这些异常的mRNA可能会翻译出有害的功能获得性或具有显性抑制效应(英语:Dominant negative mutation)的蛋白质,可能损害人体正常的生理机制。

NMD机制在1979年几乎同时于人类和酵母菌细胞中发现,显现出这一机制在广泛种系间的保守性,体现了这一机制重要的生物学意义。无义突变导致了终止密码子的提前出现,使得正常的蛋白质合成提前终止,而丢失的氨酸片段可能导致蛋白质失去功能。而细胞总是只含有极少量的带无义突变(英语:nonsense mutation)的等位基因所产生的mRNA这一异乎寻常的事实,促成了NMD机制的发现。NMD机制的发现是人类遗传学重要而崭新的突破, 这一机制可以限制异常蛋白的翻译表达,但是有时也会对特定的遗传突变产生不良后果。

尽管大量NMD机制中的蛋白在物种间并不保守,但有3个NMD因子在NMD机制通路中处于保守的核心地位,包括酵母中的UPF1(英语:UPF1)和UPF2(英语:UPF2)、人体中发现的UPF3(含UPF3A(英语:UPF3A)和UPF3B(英语:UPF3B))。这三者都是被称为上游移码蛋白(英语:up-frameshift proteins)的反式作用因子。在哺乳动物中,UPF2和UPF3为外显子连接复合体(英语:Exon junction complex)(英语:exon-exon junction complex)与在RNA剪接(英语:RNA Splicing)后mRNA连接的部分。其它诸如eIF4AIII、MLN51、Y14/MAGOH异质二聚体等蛋白也处于该结合处,并且参与了NMD机制。UPF1的磷酸化由SMG-1、SMG-5、SMG-6、SMG-7蛋白所控制。

异常转录子的检出发生于mRNA的翻译期间。普遍认为,在翻译的第一轮,核糖体除去与mRNA接连的外显子-外显子连接复合体(英语:exon junction complex),若此后检出与mRNA接连的蛋白复合体,NMD机制就会被启动。发生无义突变后,如果外显子-外显子连接复合体位于终止密码子下游,过早停止的翻译就会导致该复合体无法被核糖体除去。翻译终止后,UPF1、SMG1和释放因子eRF1、eRF3在mRNA上形成复合体,如果这一复合体检出外显子-外显子连接复合体仍然留存在mRNA上,UPF1将和UPF2、UPF3接触使得UPF1磷酸化。在脊椎动物中,最后一个外显子-外显子连接复合体对于终止密码子的相对位置往往决定了NMD机制是否介入转录子与否:如果终止密码子在最后一个外显子-外显子连接复合体下游50核酸及以内,转录子仍会被正常翻译;但如果终止密码子在任意外显子-外显子连接复合体上游50核酸开外,转录子就会被NMD机制下调。磷酸化的UPF1随后接触SMG-5、SMG-6、SMG-7等蛋白,这些蛋白可以促进UPF1的去磷酸化。 SMG-7常常累积于处理小体中,处理小体是mRNA讲解的细胞质位点,故而SMG-7也被认为是终止效应器(英语:the terminating effector)。在酵母和人类细胞中,主要的mRNA降解通路都是通过核糖核酸外切酶XRN1降解后5′端帽的切除触发的,但亦有透过3’-5'的多腺苷酸化降解的。

NMD机制不仅针对异常转录子,也可能针对含有3'端非翻译区内内含子的转录子,例如Arc蛋白(英语:ARC (protein))等;这也说明NMD机制可能与生理活动直接相关。

尽管NMD机制可以减少无义密码子,但基因突变及其后果并不能完全避免。

提前终止的无义密码子的翻译可以导致显性负性或者有害获得性功能突变。鉴于NMD机制对于基因表达有着包括阻止提前终止的无义密码子的翻译等广泛调节,故而其对表型的调节作用愈发显著。β地中海贫血(英语:Beta thalassemia)便是其中一例。该病为遗传病,由编码β球蛋白基因区域上游的突变造成。突变基因的杂合子只会产生极少量的突变β球蛋白mRNA;更加严重的中度地中海型贫血中,突变体的转录子产生了缩短的β链,从而引起杂合体中的严重病症。类似情况发生于马凡氏综合征:该病由FBN1基因突变,而该突变引起突变型和野生型FBN基因异常的显性负性互动。

相关

  • 急性间质性肾炎间质性肾炎(Interstitial nephritis)、或肾小管-间质性肾炎(tubulo-interstitial nephritis)是一种影响肾脏肾小管周围间质的肾炎病症。这种病可以是急性的、这意味着它会突然发
  • 消费行为异常心理学 行为遗传学 生物心理学 心理药物学 认知心理学 比较心理学 跨文化心理学 文化心理学 差异心理学(英语:Differential psychology) 发展心理学 演化心理学 实验心理学
  • 蒸腾作用蒸腾作用(英语:transpiration,或称蒸腾作用)蒸腾作用是透过植物的水分运动和从植物的地上部分蒸发的过程,如叶,茎和花。水对植物是必需的,但只有少量的水被根吸收用于生长和新陈代
  • 约法三章约法三章原指刘邦攻入秦朝都城咸阳后,一度制定简化秦朝苛法的做法,后来演变成为根本性的法律规定,曾成为“宪法”的名称。约法三章一词,最早出现于《史记》“高祖本纪”。公元前
  • 人口素质人口素质亦称人口质素、人口质量',是包括了国家或地区人口的身体质素、文化质素及思想及道德质素的三个方面,涉及人口学及社会科学等的范畴。人口素质含有不同观点,在不同认识
  • 阿布里科索夫阿列克谢·阿列克谢维奇·阿布里科索夫(俄语:Алексе́й Алексе́евич Абрико́сов,1928年6月25日-2017年3月29日),俄罗斯物理学家,2003年获诺贝尔物理学
  • 新撰姓氏录《新撰姓氏录》乃平安时代初期弘仁6年(815年)日本嵯峨天皇下令模仿中国唐朝《氏族志》所编写的古代氏族名鉴。《新撰姓氏录》是居住在京都及畿内的1,182个氏族根据“皇别”、
  • 克伦族克伦族(缅甸语:ကရင်,缅甸语委转写:ka.rang,.mw-parser-output .IPA{font-family:"Charis SIL","Doulos SIL","Linux Libertine","Segoe UI","Lucida Sans Unicode","Code2000
  • 安达曼-尼科巴群岛旗帜印度国旗,印度当地称之为三色旗(印地语:तिरंगा,转写:Tirangā),由橙、白、绿三个相等的横长方形组成,旗面中心有一个含24根轴条的紫蓝色法轮。它于1947年7月22日被采纳为印度
  • 德式圣诞蛋糕德式圣诞面包(德语:Christstollen),一种质地像硬面包、但制作材料像水果蛋糕的面点。是德国耶诞节期间的传统节庆食品。德式圣诞蛋糕的主要材料是酵母、水和面粉。通常还会在面