tmRNA和smpB蛋白介導的反式翻譯的作用機制研究

《tmRNA和smpB蛋白介導的反式翻譯的作用機制研究》是依託汕頭大學，由劉柱擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：tmRNA和smpB蛋白介導的反式翻譯的作用機制研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：劉柱
• 依託單位：汕頭大學

項目摘要

由tmRNA和smpB蛋白介導的反式翻譯是細菌內的一種特殊翻譯模式， 也是經典翻譯的補充途徑。它對提高細菌在逆境下的生存能力、維持病原菌的致病能力等發揮重要作用。tmRNA 缺少反密碼子序列，且滯留核糖體A位中無mRNA，目前人們對smpB是如何幫助tmRNA進入核糖體，並發揮作用的分子機理尚不清楚。申請者最近發現，smpB羧基末端保守胺基酸扮演了類似tRNA中反密碼子環的角色，這可能是介導反式翻譯發生的關鍵原因。本項目擬在此基礎上，通過定點突變、交聯反應、toe-printing等方法，在smpB蛋白中導入人工胺基酸，精確鑑定smpB與核糖體、tmRNA作用的關鍵位點，藉助圓二色譜、cryo-EM、NMR等技術觀察複合物構象的變化，基本弄清tmRNA/smpB與滯留核糖體識別的作用機制。所獲研究成果不僅對豐富生物化學理論具有重要意義，而且對於尋找細菌性疾病治療的新型靶點有潛在的套用價值。

結題摘要

反式翻譯是拯救滯留核糖體的主要方式，由核心元件tmRNA和SmpB介導，在緩減逆境細胞的壓力飢餓狀態、保持病原菌致病能力、細胞循環和分化等多方面發揮作用（Une M, et al. 2009）。SmpB作為tmRNA結合蛋白，在信息傳遞中扮演重要的角色（Keiler KC. 2008）。首先，SmpB蛋白和tmRNA結合，促進tmRNA裝載丙氨酸，然後與EF-Tu、GTP形成四級複合物，進入到核糖體A位點；其次，SmpB尾部誘使核糖體構象變化，導致了EF-Tu激活、GTP水解，最後tmRNA上編碼框實現翻譯拯救。但整個反式翻譯發生過程中，SmpB蛋白中特定胺基酸與核糖體、tmRNA的作用方式、作用位點還不清楚。為此，本項目採用定點突變、基因表達、交聯反應、toe-printing 等方法，精確鑑定SmpB 與核糖體、tmRNA 作用的關鍵位點。結果發現，① SmpB蛋白K133和核糖體16s DNA中G1392作用，R153和核糖體16s DNA中C422/T512/A535作用；② SmpB作用於tRNA-like domain（TLD）中G319和T16位置；③ 除圓滿完成項目規定的研究內容外， 我們首次證實，維氏氣單胞菌中tmRNA對菌株的高毒力至關重要，tmRNA可能調節Bvgs-RR啟動子。所獲研究成果，對於闡明反式翻譯的作用機制，有積極的意義；也對進一步豐富tmRNA的表達調控理論，特別是作為小分子RNA發揮調節作用打下基礎，為系統研究tmRNA在病原菌的致病機理中重要角色、尋找細菌性疾病的治療靶點提供技術支持。 所獲相關研究成果在國核心心以上刊物上正式發表論文5篇，其中包括SCI源刊物3 篇，還有 2 篇 SCI 論文尚在整理之中;授權專利1項。同時，在項目執行期間，項目組成員參加國內外學術會議 17人次，提交會議摘要 8篇，做口頭報告 3 個、培養研究生4 名。研究成果達到契約書所擬定的在國內外核心以上刊物發表論文 3-5 篇（其中SCI源期刊2-3篇），培養碩士研究生3-4 名的預定目標。