NAR | mRNA poly(A)尾部长度对真核生物翻译阶段的影响

导读

3'端的多腺苷酸化对于mRNA的稳定性和蛋白质合成调控至关重要。该修饰保护mRNA免受降解，并通过与多腺苷酸结合蛋白（PABP）互动，调控蛋白质合成。

初级多腺苷酸化在细胞核内进行，产生150到250个核苷酸的多腺苷酸尾巴。在细胞质中，这些尾巴会缩短并可能再次延长，最终稳定在80到100个核苷酸。

不同类型的mRNA之间以及同一基因的转录本之间的多腺苷酸尾巴长度有所不同。缺乏或尾巴短的mRNA翻译效率低，较长尾巴则提升翻译效率，但过长也不再增加效益。

在兔网织红细胞裂解液（RRL）中，尾巴长度对未加帽mRNA的翻译影响显著，对帽状mRNA影响较弱。除此之外，长尾巴还促进了多核糖体的形成。

PABP与多腺苷酸尾巴结合后，通过与eIF4G结合，形成封闭环结构，增强翻译起始，并与eRF3合作促进翻译终止。PABP在细胞中丰富，且与多种蛋白质和RNA序列相互作用，调节翻译起始、延长、终止及去腺苷酸化和无义介导的mRNA降解。尽管PABP在翻译各阶段中的作用已被证明，poly(A)尾长度在这些阶段的影响尚需进一步研究。

2024年6月14日，俄罗斯科学院恩格尔哈特分子生物学研究所Elena Alkalaeva团队在Nucleic Acids Research上发表了一篇题为“The impact of mRNA poly(A) tail length on eukaryotic translation stages”的论文，本研究探讨了poly(A)尾长度对人类翻译的影响，确定了依赖于poly(A)尾长度的翻译阶段，并提出了通过这一mRNA元素调控翻译的模型。

文章索引

【标题】The impact of mRNA poly(A) tail length on eukaryotic translation stages

【发表期刊】Nucleic Acids Research

【发表日期】2024年6月14 日

【作者及团队】俄罗斯科学院恩格尔哈特分子生物学研究所Elena Alkalaeva团队

【IF】16.97

研究结果

一. 带帽mRNA的翻译率并非线性依赖poly(A)尾的长度

为了研究不同poly(A)尾长度的mRNA的翻译效率，作者构建了一个编码荧光素酶的载体，并在HEK293F细胞裂解液的无细胞系统中进行了实验。

结果表明，带帽mRNA的poly(A)尾长度增加到10 nt时，翻译率提高了50%；在50 nt时保持稳定，但在75 nt时显著增加，100 nt时又回到与10-50 nt相同的水平。带帽mRNA的稳定性增加到25 nt poly(A)后保持恒定，表明稳定性和翻译率之间的相关性。

在未加帽mRNA中，翻译效率约为带帽mRNA的十分之一，但随着poly(A)尾长度增加到100 nt，翻译率也增加，显示出线性关系，主要受mRNA稳定性和翻译终止影响。实验还表明，PABP对poly(A)尾的覆盖对翻译效率有重要作用。

综上所述，带帽和未加帽mRNA的翻译速率对poly(A)尾长度的依赖性不同，前者与PABP对帽依赖翻译起始的影响有关，后者则受mRNA稳定性和翻译终止的影响。

二. Poly(A)尾调控非帽依赖的翻译起始

为了研究poly(A)尾长度对翻译起始的影响，作者使用重建的体外哺乳动物翻译系统。在有无PABP的情况下，研究了带帽和未加帽mRNA上的48S复合物的形成。

结果显示，没有PABP时，随着poly(A)尾长度增加，带帽和未加帽mRNA的48S复合物形成略有减少。加入PABP后，这种依赖性消失，48S复合物形成受到刺激。

带帽mRNA的48S复合物形成受PABP刺激，与poly(A)长度无关，而未加帽mRNA只有在存在poly(A)尾时，PABP才能刺激48S复合物形成，即使是最短的A10尾也能显著提高翻译起始效率。

因此，PABP在带帽mRNA中无论是否结合poly(A)尾都能起作用，但在未加帽mRNA中只能通过结合poly(A)尾发挥作用。

三. 结合到poly(A)尾的PABP比游离PABP更强烈地刺激终止复合物的形成

为了研究PABP对翻译延伸的影响，作者在含有75-nt poly(A)尾的mRNA上组装了80S起始和延伸复合物。结果显示，PABP刺激了80S起始复合物的形成，但对终止前复合物（preTC）的形成没有影响，表明PABP对翻译延伸没有显著作用。

进一步研究显示，poly(A)尾存在下的PABP更有效地促进了eRF1-eRF3-GTP释放因子复合物装载到核糖体中，增强了终止后复合物（postTC）的形成，表明结合到poly(A)尾的PABP比游离PABP更强烈地刺激终止复合物的形成。

四. poly(A)尾的长度提高释放因子与核糖体结合的效率

为了研究poly(A)尾长度对翻译终止效率的影响，作者测定了从preTC-Nluc释放的纳米荧光素酶量，结果显示preTC-Nluc的组装效率与poly(A)尾长度无显著依赖关系。

PABP的量随着poly(A)尾长度增加，添加外源PABP显著提高了peptidyl-tRNA水解速率，并消除了对poly(A)长度的依赖。总体催化效率在eRF3a存在下随着poly(A)长度增加而提高。这表明poly(A)尾通过PABP增强了eRF3a的翻译终止效率。

总结

本文探讨了poly(A)尾长度对人类mRNA翻译的影响。研究发现，poly(A)尾对翻译的起始和终止阶段有影响，但延长poly(A)尾不改变起始效率。随着poly(A)尾长度增加，eRFs与核糖体的结合增强。总之，75 nt的poly(A)尾通过形成双闭环结构，在细胞内协调翻译的起始和终止阶段中发挥关键作用。

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