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前言
在真核生物中，poly(A)尾巴幾乎存在于每個(gè)mRNA上。3'端poly(A)尾巴對于mRNA的翻譯來說發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，它可以保護(hù)mRNA不被降解，增加mRNA的穩(wěn)定性，提高翻譯效率。

那大家知道poly(A)尾是如何促進(jìn)翻譯并控制mRNA的穩(wěn)定性的嗎？今天菌菌分享一篇在《Nature Reviews Molecular Cell Biology》（1區(qū)，IF：113.915）上發(fā)表的綜述文章：Roles of mRNA poly(A) tails in regulation of eukaryotic gene expression。該文章詳細(xì)闡述了poly(A)尾在基因表達(dá)調(diào)控中的作用，包括poly(A)尾在翻譯和控制mRNA穩(wěn)定性中的作用，以及poly(A)尾長與翻譯效率的關(guān)系。

Poly(A)尾促進(jìn)mRNA翻譯

Poly(A)尾有助于mRNA的翻譯狀態(tài)和穩(wěn)定性，作為細(xì)胞質(zhì)中基因表達(dá)的主要調(diào)節(jié)因子發(fā)揮作用。具體來說，poly(A)尾可以與mRNA 5'端上的7-甲基鳥苷（7-methylguanosine，m7 G）帽協(xié)同作用以刺激翻譯。哺乳動物的poly(A)尾平均長度約為200nt，其在酵母中平均約70nt。研究發(fā)現(xiàn)，具有非常短的poly(A)尾巴的mRNA通常不能正常翻譯。當(dāng)mRNA的poly(A)尾巴多腺苷酸化，翻譯被激活，這表明mRNA翻譯受到poly(A)尾長的影響。

細(xì)胞質(zhì)多聚腺苷酸結(jié)合蛋白（polyadenylate-binding protein，PABPC）對于poly(A) 尾在介導(dǎo)轉(zhuǎn)錄物翻譯和穩(wěn)定性中的作用是必要和充分的。PABPC在真核生物中高度保守，具有四個(gè)N端RNA識別基序（RNA recognition motif，RRM）結(jié)構(gòu)域，它們以納摩爾親和力結(jié)合poly(A) 尾（圖1）。

RRM和RRM2對poly(A)的親和力和特異性高于RRM3和RRM4。在細(xì)胞質(zhì)中，PABPC與poly(A)尾結(jié)合需要約12個(gè)腺苷酸（通過RRM1和RRM2），但實(shí)際上需要30個(gè)腺苷酸。長的尾巴可以結(jié)合更多的PABPC，例如90nt的poly(A)尾巴可以結(jié)合三個(gè)PABPC分子[1]。然而，近期的數(shù)據(jù)表明[2]細(xì)胞中的PABPC濃度可能是有限的，并且細(xì)胞中的穩(wěn)態(tài)poly(A)尾長不一定與PABPC的量相關(guān)。

Poly(A)尾促進(jìn)翻譯機(jī)制：“閉環(huán)”模型

現(xiàn)在很清楚，mRNA 3'端的poly(A)尾可以影響5'端的翻譯起始[3]。mRNA的3′端poly(A)尾如何刺激5′端的翻譯起始？真核翻譯起始因子4E（eukaryotic translation initiation factor 4E，eIF4E）識別5?帽并與另一種翻譯起始因子eIF4G相互作用，后者又與PABPC結(jié)合。因此，mRNAs可以形成一個(gè)“閉環(huán)”，使5′帽和3′ poly(A)尾之間的直接物理通信成為可能（圖2）。eIF4G與PABPC的相互作用穩(wěn)定了eIF4E-cap相互作用，同樣，PABPC與poly(A) RNA的相互作用穩(wěn)定了它與eIF4G的相互作用。PABPC還通過增強(qiáng)其ATP酶和解旋酶活性來刺激另一種翻譯起始因子eIF4A。

總之，cap-eIF4E-eIF4G-PABPC-poly(A) 復(fù)合物被認(rèn)為會刺激小（40S） 核糖體亞基的募集（圖 2）。40S與起始密碼子上的大（60S）核糖體亞基組裝形成可翻譯的80S核糖體。

Poly(A)尾有助于mRNA的穩(wěn)定性
在酵母細(xì)胞中，細(xì)胞質(zhì)mRNA主要的降解途徑是通過縮短poly(A)尾巴啟動的，此過程稱為去腺苷酸化（deadenylation）。

Poly(A)尾部如何賦予mRNA穩(wěn)定性？一個(gè)假設(shè)是PABPC通過阻止外切酶進(jìn)入來保護(hù)mRNA的3'端。與假設(shè)一致，通過轉(zhuǎn)錄脈沖追蹤和體外重組在內(nèi)的一系列實(shí)驗(yàn)表明，poly(A)尾縮短或去腺苷酸化需要在釋放PABPC之前，mRNA衰變才可以進(jìn)行。將過量的poly(A) RNA添加到體外降解系統(tǒng)中會隔離與PABPC的結(jié)合，從而將poly(A)尾暴露在RNA上并導(dǎo)致其不穩(wěn)定。相反，在體外測定中添加過量的PABPC會抑制去腺苷酸化[4]。

在mRNA被降解之前，它的poly(A)尾會被PAN2-PAN3和/或CCR4-NOT去腺苷酸化復(fù)合物去除。這會釋放細(xì)胞質(zhì)多聚腺苷酸結(jié)合蛋白（PABPC），并可能削弱真核翻譯起始因子4E（eIF4E）與5?帽的結(jié)合。

然后，脫帽酶可以結(jié)合并移除5?帽。LSM1-7復(fù)合物可以與oligo(A)尾或3?尿嘧啶尾結(jié)合，促進(jìn)5?端脫帽。脫帽后mRNA在5'-3'方向被外切核糖核酸酶1（XRN1）降解或在3'-5'方向被細(xì)胞質(zhì)外泌體復(fù)合物降解（圖3）。通過eIF4E-eIF4G-PABPC在mRNA “閉環(huán)”中5'和3'末端之間的物理相互作用為poly(A)尾如何影響脫帽提供了可能的解釋。這些相互作用穩(wěn)定了cap上的eIF4E[5]，并可以防止脫帽酶的結(jié)合。因此，poly(A)尾可能通過PABPC抑制帽和脫帽酶之間的結(jié)合來維持mRNA的穩(wěn)定性。

Poly(A)尾長影響翻譯效率

Poly(A)尾長度、翻譯效率和mRNA穩(wěn)定性之間并不是簡單的線性關(guān)系。Poly(A)尾長度并非恒定不變，poly(A)尾中也含有非A的核苷酸組分。

CCR4-NOT可以通過檢測含有空A和E位點(diǎn)的核糖體來感知翻譯延伸率，從而招募脫帽機(jī)制。多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)表明，32nt以上的poly(A)尾在翻譯效率上就等同于150nt長度的poly(A)尾，但當(dāng)poly(A)尾長度不足16nt時(shí)，mRNA無法翻譯。Poly(A)尾可以穩(wěn)定mRNA（允許它們翻譯），并且通常需要約30nt的尾長來賦予穩(wěn)定性。

這個(gè)長度正好對應(yīng)于PABPC與poly(A)尾結(jié)合需要的腺苷數(shù)。這些發(fā)現(xiàn)具有許多重要意義。

首先，高度翻譯的mRNA具有約30個(gè)腺苷的短poly(A)尾，該長度只能容納單個(gè)PABPC，這表明一個(gè)PABPC足以促進(jìn)有效翻譯。

其次，之前假設(shè)長的poly(A)尾與增加的mRNA穩(wěn)定性相關(guān)。然而，這些新數(shù)據(jù)表明，poly(A)尾巴縮短到約30nt的mRNA也可以是穩(wěn)定的。事實(shí)上，穩(wěn)態(tài)poly(A)尾長和mRNA半衰期的相關(guān)性差或呈負(fù)相關(guān)，并且PABPC對mRNA 的占有率與穩(wěn)態(tài)poly(A)尾長不相關(guān)。

第三，這些發(fā)現(xiàn)提供了翻譯效率和去腺苷酸化之間的密切聯(lián)系，支持了翻譯效率與mRNA穩(wěn)定性直接相關(guān)的觀點(diǎn)（圖4）。

總結(jié)
菌菌總結(jié)一下文獻(xiàn)中的觀點(diǎn)：

一、結(jié)合poly(A)尾巴的PABPC跟翻譯起始因子中的eIF4G相互作用，使得mRNA形成“閉環(huán)”結(jié)構(gòu)，有助于募集40S翻譯起始復(fù)合物到mRNA上，與5'末端帽子結(jié)構(gòu)協(xié)同作用，共同刺激翻譯起始。

二、Poly(A)尾通過PABPC抑制帽和脫帽酶之間的結(jié)合來維持mRNA的穩(wěn)定性。

三、Poly(A)尾長度、翻譯效率和mRNA穩(wěn)定性之間并不是簡單的線性關(guān)系。高度翻譯的mRNA具有約30個(gè)腺苷的短poly(A)尾，該長度只能容納單個(gè)PABPC，這表明一個(gè)PABPC足以促進(jìn)有效翻譯。

Poly(A)尾作為mRNA翻譯和穩(wěn)定性的中心調(diào)節(jié)劑，將隨著mRNA的治療手段和疫苗的興起成為該領(lǐng)域的研究熱潮。因此理解poly(A)尾在基因表達(dá)調(diào)控中的作用、以及poly(A)尾長與翻譯效率的關(guān)系，有助于提升對poly(A)尾生物學(xué)功能的完全理解。由此觀之，poly(A)尾的故事還遠(yuǎn)未結(jié)束。

參考文獻(xiàn)：

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