在大肠杆菌中基因表达的编码序列决定因素
Grzegorz Kudla1, Andrew W Murray, David Tollervey
1Department of Biology and Program in Applied Mathematics and Computational Science, University of Pennsylvania, Philadelphia, PA 19104, USA.
同名突变通过改变信使RNA (mRNA) 在核糖体结合部位附近的折叠而影响基因表达,而不是通过代码偏差. 这种mRNA折叠稳定性显著影响蛋白质水平和翻译启动率.
科学领域:
- 分子生物学分子生物学
- 遗传学 是一个遗传学.
- 生物化学 生物化学
背景情况:
- 同义突变,不改变蛋白质的氨基酸序列,仍然可以影响基因表达水平.
- 同名突变影响基因表达的确切机制尚未完全理解.
- 研究这些机制对于理解基因调节和蛋白质生产至关重要.
研究的目的:
- 为了研究同名突变如何影响基因表达.
- 为了确定导致蛋白质水平变化的因素,尽管氨基酸序列相同.
- 阐明mRNA稳定性,折叠和编码子偏差在基因表达中的作用.
主要方法:
- 设计了一个由154个基因组成的合成库,编码相同的绿色光蛋白 (GFP) 随机同名突变.
- 在大肠杆菌中表达了合成基因库.
- 测量了GFP蛋白水平,信使RNA (mRNA) 水平,mRNA降解率和细菌生长率.
- 分析了基因表达,mRNA折叠稳定性,密码子偏差和翻译启动之间的相关性.
主要成果:
- 在整个图书馆中,GFP蛋白质水平有250倍的变化.
- 观察到mRNA水平,降解模式和细菌生长率的显著变化.
- 子偏差与基因表达水平没有相关性.
- 在核糖体结合部位附近的mRNA折叠稳定性解释了50%以上的蛋白质水平变化.
- 确定mRNA折叠和翻译启动率是塑造个体基因表达的主要因素.
结论:
- 同名突变通过超出编码子偏差的机制显著影响基因表达.
- 在核糖体结合部位附近的mRNA折叠稳定性是蛋白质水平的关键决定因素.
- 翻译启动率受到mRNA结构的影响,在基因表达中起着主导作用.
- 虽然代码子偏差影响全球翻译效率和细胞适应性,但mRNA折叠对个体基因表达水平至关重要.
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