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肖恩·麦克勒兰德,Roopali Shrivastava Jheem Medh, ”规定不同的转化效率-UTRs PPAR的拼接变体”,PPAR研究, 卷。2009年, 文章的ID193413年, 8 页面, 2009年。 https://doi.org/10.1155/2009/193413
规定不同的转化效率-UTRs PPAR的拼接变体
文摘
PPAR -基因编码至少7独特的成绩单将五个外显子的可变剪接未翻译区(UTR)。翻译地区编码外显子1 - 6,在所有亚型是相同的。本研究调查的作用utr调节信息翻译成蛋白质的效率。一个耦合的在体外transcription-translation试验表明,PPAR -1,-2,-5有效翻译,而PPAR -4,7不好翻译。一个在活的有机体内报告基因分析使用utr上游的萤火虫荧光素酶基因显示-UTRs PPAR -1,-2,-4加强翻译,而-UTRs PPAR -5,7抑制翻译。RNA二级结构的模型,通过mfold软件,被用来解释监管的机制utr。一般来说,人们发现转化效率呈负相关信使rna二级结构的稳定性,科扎克共识序列碱基配对的存在,开始基码的数量utr的长度utr。更好的理解翻译转录后的调控将允许调制在不改变转录的蛋白质水平。
1。介绍
过氧物酶体摘要受体(PPAR)是一个家庭的核受体与细胞分化有关,与碳水化合物和脂质代谢的调节1,2]。PPAR包括三个主要的亚型,PPAR -PPAR -β和PPAR -。其中,PPAR -是最广泛的研究,因为它涉及到几种病理生理过程(3- - - - - -5]。PPAR -是转录因子,使二聚类维生素a的X受体(RXR)和绑定到特定DNA形成目标序列称为PPAR响应元素(ppr) [6]。许多基因参与炎症、心血管疾病、糖尿病和肥胖是已知PPRE [7,8]。因此,PPAR对细胞的影响是多方面的和复杂的。
PPAR -基因被发现在人类染色体3 p25 [9]。尽管来自只有这一个基因转录,几位信使rna剪接变异被发现10,11]。所有拼接变体包括外显子1到6连续3′末端的信使rna;这些外显子代码对于大多数实际的PPAR -蛋白质。信使rna 5′末端的交替由拼接外显子A1, A2, B, C, D在各种组合形成七拼接变体。在每一个外显子剪接变体的5′末端或勤杂人员占最终翻译的PPAR -蛋白质。拼接的示意图变异及其PPAR -蛋白质起始密码子(ATG)图中可以看到1。
的生物意义的存在多个PPAR -成绩单亚型编码相同的蛋白亚型还不清楚。拼接变异不同只在5′utr。很可能这个区域可能导致转录后的调控的PPAR -蛋白表达。载脂蛋白B的5′UTR证明提高翻译的效率在荧光素酶报告基因检测在体外翻译分析(12]。血清淀粉样蛋白A2载脂蛋白的表达也是转录后的受其5′和3′-UTRs [13]。谷氨酸受体2的翻译由多态抑制重复序列的5′utr [14]。同样,差异5′-UTRs可能影响转化效率的PPAR -记录。
有几种机制的5′utr可能调节翻译。二次茎环结构的存在或短个开放式框架(orf) 5′utr大大妥协翻译效率(15]。稳定stem-and-loop结构5′utr已被证明块40年代的迁移期间核糖体翻译(16]。沿着成绩单的时候,40 S核糖体亚基顺序扫描和评估起始密码子,开始的5′端mRNA。短的orf的5′utr允许起始复合物保持绑定到RNA即使浪费翻译的短肽。因此,一个小ORF大大减少了但并不能消除翻译正确的多肽(17,18]。其他因素影响翻译的转录后的调控包括5′UTR的长度,和序列的起始密码子。
在这项研究中,我们调查的影响变量5′-UTRs PPAR -的翻译效率记录。所有其他变量被设置相同的情况下,PPAR -是一个很好的模型来研究由于不同的5′UTR转化效率,但几乎相同的翻译。至于转录因子,PPAR -可能显著影响non-mRNA-sequence元素参与翻译如型、核糖体和磷酸化。然而,使用在体外翻译的具体拼接变体排除这些因素的方程,以及任何变化转化效率可以归因于5′UTR。此外,在活的有机体内转化效率的5′-UTRs比较使用荧光素酶报告基因检测(17,19]。介绍了实验数据在网上整个文本结构的分析。
正如上面介绍的那样,翻译的监管的主要机制是茎环结构的形成二级结构上游的启动8月(15]。信使rna二级结构的形成可以通过计算机程序,准确地预测考虑信使rna序列数据,和自由能变化形成的各种折叠结构(18,20.]。能量最小化软件mfold已成功用于调查不同的基因组学领域。RNA折叠软件预测如何突变5′utr丙型肝炎病毒RNA改变它们的茎环结构,热力学稳定性和亲和力的核糖体蛋白(21]。MFOLD软件被用来帮助找到一种35-nucleotide展开在5′utr人类细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂,这表明这个地区可能是核糖体招聘网站(22]。与当前计算机褶皱建模的功效,这种分析是一个有价值的工具关联转化效率不同的PPAR -成绩单亚型,信使rna二级结构的变化。
2。材料和方法
2.1。制备结构和T7聚合酶启动子。
一个T7启动子是一个额外的上游PPAR的完整DNA剪接变体1,2,4,5,7所示。这是通过PCR技术克隆全长基因,利用以前对于每个同种型,和特定的引物组。的引物设计包含T7启动子序列。为1,7的底漆T7A1 (5′TAA TAC广汽柠檬酸CTA标签GGC CTT TAC CTC TGC TGG TGA C 3′)使用。剩余的剪接变体的底漆T7B (5′TAA TAC广汽柠檬酸CTA标签GGA GCA AAC CCC答苑ATG C 3′)使用。反义底漆(PPAR相同反义)是用于所有拼接变体(5′CTA AAA 20 TTT CTT TTT AAA ATG C 3′),因为他们有相同的3′末端。PCR是使用40 60°C退火温度和循环。创建一个空白样品用蒸馏水代替DNA模板,T7A1,反义引物。
由此产生的产品解决1%的琼脂糖凝胶并显示感兴趣的预期大小的模板(数据没有显示)。相对应的乐队每个所需的完整的剪接变体和T7启动子是切除(以及乐队的空白区域是空白的情况下)和DNA提取使用Geneclean II工具包(QBiogene欧文,CA)。DNA的数量是估计的数量和样本存储在°C与冰箱以备将来之用在体外transcription-translation反应。
2.2。与体外Transcription-Translation
有关在体外transcription-translation执行使用从Ambion Proteinscript II T7工具(应用生物系统公司,培育城市,CA)。该工具包允许耦合在体外转录和翻译从DNA模板包含T7启动子上游的DNA转录。等量的gel-extracted DNA模板(0.5g为每个模板DNA)为每个拼接变种被用于反应。空白样本作为消极的控制和质粒pTRI-Xef提供装备,作为一个积极的控制。在一个实验中,pTRI-Xef模板是混合DNA模板对每个拼接变体来确定特定的DNA或信使rna剪接变体抑制无关的基因的转化效率。模板(6L)和2L 5 x转录混合和2L的T7聚合酶。反应是允许孵化30°C为60分钟,然后放在冰。这时,DNA模板被转录成信使rna可以立即运行在体外翻译步骤,或可以存储°C,以供将来使用。
体外翻译是由第一个主人的24使用2 L /每个样本L核酸酶游离水,1.251.25 L 20 x翻译混合L标记蛋氨酸(500M), 2L (35S]蛋氨酸,17.5L retic溶解产物。到24L的主,1L前面转录的信使rna样本补充道。管是轻轻混合和孵化30°C为60分钟,之后,他们立即转移到冰停止反应。现在的产品都是蛋白质与放射性标记的蛋氨酸。
2.3。体外翻译蛋白质的分析
分析放射性标记的蛋白质是由两种不同的方法。首先,样本的一部分使用三氯乙酸(TCA)沉淀。简单地说,5我翻译的产品是混合了500年L脱色溶液(1 M氢氧化钠,1.5% H2O21毫米L-Methionine)和250L的蒸馏水。管是孵化10分钟30°C紧随其后加入1毫升25%三氯乙酸沉淀蛋白质。颗粒溶解在水中,大量的放射性测量用贝克曼LS 6500液体闪烁计数器。在另一种方法在体外翻译产品通过sds - page 12%的丙烯酰胺凝胶来解决。凝胶固定在50%甲醇和7%醋酸溶液,洗涤,浸泡在1 M水杨酸钠溶液与50%甘油加强fluorographic检测放射性标记的蛋白质。这种凝胶是在真空下干燥在80°C,和暴露于放射自显影法电影(以下柯达先生)1到4天°C开发的电影使用柯达RP X-OMAT处理器,扫描,和带强度进行定量分析。
2.4。ImageJ分析
的相对丰度在体外翻译后蛋白质是由乐队的光密度分析发现经放射自显影法的干凝胶。ImageJ成像软件,可以在美国国立卫生研究院(NIH)的网站使用。每个乐队的强度量化通过测量每个带一盒的集成密度,再减去相同的集成密度大小的盒子图片的背景。最黑暗的乐队的乐队强度的值设置为一百,其他乐队的强度被分配一个调整后的相对价值。
2.5。双荧光素酶报告基因分析
转化效率的5′utr也是衡量通过使用双荧光素酶报告基因结构(DLR)记者从Promega(分析工具17]。该方法包括cotransfection嵌合萤火虫荧光素酶报告基因结构与控制结构表达Renilla荧光素酶基因。这允许修正任何转染效率的变化。DLR描述的协议分析工具之后。建设的报告基因向量,每个不同的5′UTR PPAR -成绩单亚型使用包含相应的质粒PCR扩增全长PPAR -DNA作为模板,和特定的引物对每个5′utr,如表所示1。引物的设计我反光镜锁定和Bgl二世限制性位点,促进克隆到pGL3-promoter荧光素酶记者向量(Promega)。放大后,PCR产品消化与我和反光镜锁定Bgl II,凝胶纯化,并克隆到pGL3-promoter向量萤火虫荧光素酶基因的上游。适当的插入5′utr片段测序证实了使用测序引物从两端提供的向量。记者嵌合基因(萤火虫荧光素酶)结构与表达载体的混合Renilla荧光素酶基因在质量比,两个质粒瞬变cotransfected成鼠肌肉细胞使用Lipofectamine 2000(16种细胞)。4天后,细胞溶解产物和分析准备的萤火虫和水平Renilla荧光素酶活动使用DLR分析工具包(Promega)。
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2.6。统计RNA折叠
mfold服务器位于http://mfold.bioinfo.rpi.edu/是用来模拟不同的剪接变体mrna如何折叠(20.]。全部为每个拼接序列变异(11),获得国家生物技术信息中心(NCBI),分析了使用伦斯勒理工学院的mfold程序运行的web服务器。信使rna序列模拟仿佛在37°C在1 M氯化钠。虽然生理条件通常维护一个低于1 mol / l的离子强度,使用的条件模拟,1 M氯化钠是当前标准用于折叠建模。为了更好地使用这个标准比较建模结果之间的不同的实验和模拟。自由能和二级结构拼接变异进行评估发现可能的实验观察和稳定性之间的相关性和折叠的二级结构模式。其他信使rna折叠项目也被用来模拟信使rna二级结构。在每种情况下,几乎相同的结果,给我们支持mfold结果。
3所示。结果与讨论
3.1。体外Transcription-Translation
转染的研究在活的有机体内过度的PPAR拼接变异表明,他们翻译具有不同效率(数据没有显示)。因此,我们使用了一个在体外有关transcription-translation化验检查PPAR的转化效率剪接变体。使用这种方法,我们可以检查每个拼接变体的转化效率不考虑可能的反馈抑制或与其他竞争拼接变体。
图2(一个)显示了联transcription-translation测定的结果。委员会是一个代表放射自显影图35S-labeled蛋白质通过sds - page来解决。很明显,PPAR4和PPAR7比PPAR翻译大大减少2和PPAR1。PPAR -的翻译5只是略低于PPAR -1。的PPAR2拼接变异有两个密码子和转化为PPAR开始工作1蛋白质同种型和PPAR2蛋白质同种型。其他拼接变异转化为主要1蛋白质同种型。的PPAR4记录也有一个额外的起始密码子,将增加8 aminoterminus氨基酸的蛋白质;然而,这样的一种蛋白质同种型是没有见过。每个乐队的强度量化使用ImageJ(图2 (b))。的值表示为百分之一的最强烈的乐队(造成的2模板拼接变体)值设置为100。
(一)
(b)
(c)
链接的产品在体外transcription-translation反应受到柠檬酸蛋白质沉淀,沉淀蛋白质的放射性测量使用液体闪烁计数器(图2 (b))。PPAR数量调整等2数等于100。结果大致接近SDS-PAGE-autoradiography值。图2 (b)显示数据的代表两个独立实验复制拼接PPAR -变异1,PPAR -2都更有效地比PPAR -翻译4,7所示。
我们的数据表明,不同的5′-UTRs PPAR监管的影响的能力成绩单翻译。它是可能相对漫长的5′-UTRs PPAR4(389基地)和-7(240)可以隔离细胞的翻译机器翻译的,处以广泛镇压所有细胞的记录。研究这种可能性,每个PPAR的DNA模板剪接变体是混合DNA模板的引用,pTRI-Xef, Proteinscript II提供的工具包(Ambion)。相关的结果在体外transcription-translation使用混合模板,以及标准pTRI-Xef,如图所示2 (c)。sds - page后,所有样品的强度是量化和如下所示相应的乐队,但是他们彼此的下降在5%。这个实验表明,模板或记录任何PPAR -接头不慢下来翻译变体的一个不相关的蛋白质在体外化验。
3.2。体内报告基因化验
接下来,我们研究的监管在活的有机体内翻译每个PPAR -5′-UTRs用荧光素酶报告基因分析。当等量的5′-UTR-firefly荧光素酶基因结构被转染进哈佛培养的细胞(一种容易转染大鼠肌细胞线),和细胞溶解产物纠正平等蛋白质大规模使用,荧光素酶的表达活动相比显著增强的控制(pGL3向量没有插入荧光素酶基因的上游)当5′-UTRs PPAR -1,-2,4插入上游的萤火虫荧光素酶报告基因(图3孵化的酒吧)。萤火虫荧光素酶活性没有改变时相对于控制5′utr地表铺面-7是插入报告基因的上游,而这是压抑和时检测不到5′utr PPAR -5是插在向量。cotransfected活动Renilla荧光素酶是远低于萤火虫荧光素酶(图3、固体酒吧)。这是符合的转染率萤火虫:Renilla荧光素酶质粒。控制实验和纯化萤火虫荧光素酶Renilla荧光素酶酶证实混合两种酶没有干扰的定量测定酶活性(数据没有显示)。的Renilla荧光素酶活性是几倍大于控制细胞cotransfected萤火虫荧光素酶结构包含5′-UTRs PPAR -1,PPAR -2,PPAR -4,PPAR -7,但它在细胞cotransfected PPAR -察觉5 5′-UTR-luciferase contructs。自Renilla荧光素酶作为转染控制,结果也表示为一个萤火虫荧光素酶的比例Renilla荧光素酶活动(图3、开放的酒吧,,值如图所示),为DLR是司空见惯的测定(17]。两种酶的比例是最高的细胞转染的5′-UTRs PPAR -4,PPAR -1,PPAR -2。的结果在活的有机体内DLR试验表明,存在这三个5′-UTRs增强翻译,而5′-UTRs PPAR -5和PPAR -7压制萤火虫荧光素酶基因的翻译,而控制。有趣的是,尽管的表达Renilla荧光素酶活性作为控制转染效率,随机,预计将有所不同,其表达式显示准确的模式在多个实验,水平是相对较高(相对于控制)当cotransfected与报告基因构造包含5′-UTRs PPAR -1,-2,4,或者,7所示。PPAR -的存在5 5′utr始终未能刺激Renilla荧光素酶活性。自Renilla荧光素酶基因本身就是不受任何变量不同转染cis-acting上游元素,我们的研究结果表明,也许5′-UTRs插入cotransfected报告基因结构可能会影响翻译的Renilla荧光素酶以交易的方式。这是违反任何反式监管的缺失在体外分析(图2 (c));然而,细胞中的元素的存在在活的有机体内DLR化验可能贡献因素,结合并调节的活动Renilla和萤火虫荧光素酶的酶。这可能是有趣的调查是否trans-regulation是不同的在不同的细胞类型。
3.3。RNA折叠建模
为了解释为每个拼接变体转化效率的差异,我们对每个记录的初级和二级结构的差异变体。最新进展在计算模型的DNA和RNA此类调查一个可行的方法。
使用mfold RNA-folding软件,每个接头变体的信使rna序列计算折叠。mfold软件报告几个折叠结构和折叠的自由能变化。为了预测二级结构的平均稳定,mfold也计算的概率输入序列中的任意两个基地之间的相互作用。准备一个能量点的情节,每个点代表一个可能的碱基对形成和一长串的点代表可能的螺旋结构。这样的能量块PPAR -很密集4,PPAR -5,PPAR -7 PPAR -相比1,PPAR -2(未显示)表明较低的稳定的二级结构PPAR -1,PPAR -2。表2显示了最佳自由能变化等二级结构形成计算能源点阴谋。
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自由能最低的最稳定结构变化是用来放大启动密码子区域的每个接头变体(图4)。仔细检查每个接头的二级结构揭示了可能的指标变量的转化效率。一些已知的降低转换效率因素有长5′-UTRs与多个密码子,开始可能会导致错误的开始或短ORF段导致无意义的产品(15]。两个PPAR1和PPAR2拼接变体翻译有效的因为他们的二级结构是最稳定的,他们有最短的5′-UTRs,和最少的5 ' -UTRs(表的起始密码子2)。的PPAR7剪接变体也只有1起始密码子的5′utr,但它是非常糟糕的翻译。要解释这一点,我们开始周围的序列密码子更仔细的检查。翻译起始复合物的核糖体承认科扎共识序列翻译开始网站(23]。在图4,这个地区accAUGg强调共识基地的数量会在二级结构表2。对于PPAR7,所有七基地开始主题科扎克完全匹配的序列,并在该地区的每个基本绑定二级结构。这可能是这种拼接变异的原因是翻译过程中效率低下在体外和在活的有机体内翻译实验。同样,上游替代密码子PPAR -开始2和PPAR -4 (PPAR -2 b和PPAR -4 b在图4)有一个较弱的共识主题,这可能是为什么大蛋白没有有效地翻译图2。的在体外实验(图2)也符合预测PPAR -转化效率4和PPAR -5。PPAR -4是最效率翻译由于发现其二级结构是最稳定的(最低G°值),它有最长的5′utr 12假定的起始密码子。另一方面,翻译PPAR -5是中间的,因为没有一个是极端的抑制因素。的在活的有机体内实验与荧光素酶报告基因分析表明,转化效率PPAR -4是非常有效的。这可能是由于细胞的存在因素,可以绑定5′utr,促进翻译。特定的核苷酸序列的5′utr可能形成二级结构,可以作为内部核糖体进入位点(IRES) [24]。这些结构需要额外的细胞蛋白质称为IRES trans-acting因素(ITAFs)促进翻译25]。因为ITAFs将出现在在活的有机体内但没有模型在体外翻译,它解释了为什么PPAR -4 5′utr驱动器翻译在活的有机体内但不是在体外。
4所示。结论
拼接的存在变异的原因是很多猜测。最重要的理论是,它提供了更大的灵活性和多样性的蛋白质表达不需要更多的DNA。然而,在PPAR的情况,拼接变异似乎扮演不同的角色。而生产不同的蛋白质,它们产生本质上相同的蛋白质。相反,PPAR拼接变异似乎调节蛋白的表达。而其他监管机制也可以贡献,主要机制似乎是不同的转化效率的剪接变体。
为了解释是什么导致的差异转化效率,我们求助于RNA二级结构建模。先前的研究认为5′utr长度和起始密码子的数量变化的转化效率关键因素的信使rna链(26,27]。然而,这些因素本身似乎并没有完全解释PPAR的翻译剪接变体。长度和起始密码子的数量都是主要的RNA序列相关的属性。看着二级结构给一个更好的洞察和理解的作用5′-UTRs监管的翻译。作为研究进展领域的信使rna二级结构及其相互作用,我们在预测转化效率会更好。例如,识别riboswitch序列的能力增加,我们能够确定riboswitches出现在不同的剪接变异影响转化效率。
当我们更好地理解每个PPAR -的监管职能剪接变体,它将成为可能调节PPAR -蛋白表达,因此它的细胞效应。这将导致更好的治疗和管理无数疾病的PPAR -有牵连。
5。确认
这项工作是由美国国立卫生研究院的支持MBRS-SCORE奖(S06 GM8680)和美国国立卫生研究院的区域格兰特(R15 HL083946)。我们感谢Kumuda Saraff有用的讨论和援助在板凳上。
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