图2. miRNA通过结合3’UTR抑制翻译的可能模式

对于UTR的功能的认识，又给了我们一些其他方面的有趣的启示：特定的UTR能够降低mRNA稳定性，抑制蛋白的翻译过程，是否对于另外一些UTR有相反的作用呢？

我们先简单回顾一下真核细胞翻译起始过程。真核细胞的翻译过程始于43S预起始复合物（preinitiation conplex，PIC）的组装，该复合物包含甲硫氨酸起始子tRNA（Met-tRNAi），GTP和eIF2。在完成组装后，在帽结合蛋白eIF4E, eIF4G和RNA解旋酶eIF4A以及poly(A)结合蛋白PABP的协助下，43S PIC结合到mRNA的5’帽子。随后PIC从5’端帽子开始往下游扫描，通过Met-tRNAi识别一个AUG。AUG识别引起与eIF2结合的GTP水解，从而产生稳定的48S PIC。随后eIF2-GDP被释放，在eIF5B的催化下，60S核糖体亚基开始结合进来，最终产生80S起始复合物，开始蛋白翻译合成过程。

从真核细胞翻译起始过程看，在识别到AUG之前，43S PIC要扫描通过5’UTR。虽然已有研究表明，如果在5‘UTR存在一个阅读框（上游阅读框，uORF），将有可能抑制下游编码基因阅读框（mORF）的翻译。这种抑制主要有两种机制，一是这个阅读框存在终止密码子，导致80S复合物从mRNA上脱离；二是80S复合物在uORF上完成翻译后后没有解体，保持结合，抑制PIC向下扫描到下游编码基因阅读框的AUG（图3）。但是，如果有某段序列，能够提高43S PIC扫描稳定性和准确性，以及起始翻译的效率，将这段序列构建到CDS前模拟5’UTR很可能能够极大提高蛋白的翻译效率，提升蛋白过表达效果。在酵母中的一份研究表明，同一个基因，不同转录本，仅有5’UTR有差异，其翻译效率差异大于100倍。这就表明这种提高翻译效率的5’UTR很可能是存在的，当然也有另外一种可能性，是翻译效率更低转录本的5’UTR具有抑制翻译过程的作用。然而，在酵母中的研究还发现，带有更短5’UTR的mRNA其翻译效率要低于整体平均水平，这就给了我们更多的遐想。

图3. 5’UTR上的uORF抑制下游编码基因

阅读框翻译（mORF）

我们再看看3’UTR的作用，3’UTR 的序列长度在一个很大的范围，短的可能100bp左右，长的很多甚至超过20000bp。3’UTR拥有许多顺式调控元件，包括腺苷酸-尿苷酸富集序列元件（AU-rich element），RNA结合蛋白结合位点（PUF，hnRNPs等），miRNA结合位点等。这些顺式调控元件可能和一些反式作用因子结合，调控mRNA的稳定性和翻译过程。

考虑到mRNA的3’UTR和miRNA结合，主要是抑制蛋白的翻译过程，因此，我们目前猜测，基因本身3’UTR的去除对于外源蛋白翻译的影响较小，但是不排除特定的3’UTR具有能够影响mRNA稳定性的可能性和其本身参与了mRNA二级结构形成的可能性。

综上，对于基因的过表达构建方式的选择，我们建议只用构建CDS区域。但是我们猜测可能在一些UTR中存在某些特殊的序列能促进蛋白的翻译过程或者提高mRNA的稳定性，而我们吉凯基因也正在寻找这类序列以进一步完善我们的产品，提高使用人员的体验度。

当然，实际的mRNA的转录和翻译过程非常复杂，今天提出上述的针对基因过表达调控的猜测仅供大家参考，也有抛砖引玉之意，希望为大家无论是思考这个问题还是解决这个问题开拓思路。

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【参考文献】

1. Hinnebusch AG, Ivanov IP, Sonenberg N.（2016）. Translational control by 5′-untranslated regions of eukaryotic mRNAs. Science. 352(6292):1413-6.

2. Guramrit Singh, Gabriel Pratt, Gene W. Yeo. (2015). The Clothes Make the mRNA: Past and Present Trends in mRNP Fashion. Annu Rev Biochem. 84:325-54.返回搜狐，查看更多