应激反应调控p53 mRNA选择性翻译

图1：P53 mRNA选择性翻译

介绍两个知识点：同源异构体(isoform)和转录变异体（transcript variant）

同源异构体(isoform)：由来自一个基因的mRNA前体因选择性剪接而产生多种mRNA，并翻译出多种蛋白，这些蛋白即为同源异构体。同一个基因的不同版本的蛋白。

转录变异体（transcript variant）：由来自一个基因的mRNA前体因选择性剪接而产生多种mRNA，这些mRNA即为转录变异体。同一个基因的不同mRNA转录本。

p53 位于人染色体 17p13.1, 作为一个核序列特异性的转录因子, 主要包括 3 个功能结构域。N 末端的转录活化区 (transactivation domain, TAD), 通过与通用转录因子 (multi-subunit transcription factor D, TFD) 结合并相互作用而发挥转录激活功能。DNA 序列结合区域为中心活性区 (DNA-bindingdomain, DB), 可结合特定的 DNA 序列。C 末端四聚体化区 (tetramerization domain, TED) 可以使 p53 形成同源四聚体的活性形式, 除此之外还包括核定位信号 (nuclear localization signals, NLS), 富含亮氨酸的核输出信号 (nuclear export signal, NES) 和 C-末端结构域 (carboxy terminus domain, CTD)

p53 mRNA的选择性翻译产生两种同源异构体：p53全长（p53FL）和p53/p47。

p53全长（p53FL）:在DNA损伤后激活ATM激酶（毛细血管扩张性共济失调症突变蛋白）从+1 AUG诱导p53FL合成。全长p53包含TAI结构域（反式激活结构域I），该结构域是诱导p53靶基因所需的，其中包括G1细胞周期激酶抑制剂p21（CDKN1A）或促凋亡因子如Bcl-2家族Bax、Puma和Noxa等等。

p53/p47：在向内质网施加应激后，未折叠蛋白反应（UPR）途径的激活引起激活PERK激酶。p53/ 47同源异构体在+120处的第二个框内AUG开始翻译。 P53/47缺乏TAI但保留TAII，通过诱导14-3-3导致G2/M周期停滞，或通过抑制BiP分子伴侣诱导BIK依赖的细胞凋亡。

友情提醒：

1. 艾博思客户在选择过表达质粒或者过表达慢病毒以及RNAi时候，一定要明确相应的基因的转录变异体（提供基因的Accession Number），查询文献调研不同的变异产生不同的功能，自己试验研究的是目标转录变异体务必要明确，如果选择有误可能会造成试验误差或者错误的结论。

2. 艾博思客户在选择蛋白表达和纯化时候，一定要明确相应的基因的同源异构体（提供蛋白Accession Number），查询文献调研不同的蛋白同源异构体的功能与结构域之间的关系，自己试验研究的是目标同源异构体务必要明确，如果选择有误可能会造成试验误差或者错误的结论。

p53 mRNA反应因子以及它们的位置与功能

p53 mRNA 按照位置分为三大区域：5’非翻译区（5’UTR）、编码区(Coding region)和3’非翻译区（3’UTR）

5’非翻译区（5’UTR）：成熟mRNA位于编码区（CDS）上游不被翻译为蛋白质的区域。该区域存在蛋白质结合位点，这可能会影响mRNA的稳定性或翻译、核糖开关、促进或抑制翻译起始的序列、5′非翻译区内的内含子与调控基因表达和mRNA出核转运有关等等。核糖体蛋白（RPL26）和核仁蛋白（nucleolin）相互竞争可以对p53的mRNA进行调控。p53基因5’端的非翻译区域就是与这两个蛋白相结合的区域。在健康的细胞中，核仁蛋白与mRNA的5’非翻译区域结合，P53蛋白的合成被抑制。但是在DNA受损后，RPL26结合到5’非翻译区域结合，使mRNA翻译出更多的P53蛋白。

表1：P53 5’UTR 结合因子及其功能

编码区(Coding region)：编码区是指转录的mRNA并能够翻译相应蛋白质的部分。PTB蛋白在遗传毒性的应激条件下与编码区相互作用增强p53和p53/47蛋白的翻译。同样，在遗传毒性的应激条件下，MDM2与p53 mRNA结合可以增强p53的翻译。

表2：P53 编码区 结合因子及其功能

3’非翻译区（3’UTR）：成熟的信使核糖核酸(mRNA)编码区下游一段不被翻译的序列。mRNA的3’非翻译区的功能复杂多样，不仅能调控其 mRNA 的稳定性、控制 mRNA 的亚细胞定位，而且还在特定氨基酸的编码过程中起着指导作用。例如多种 miRNA 在 DDR 中作用于 p53 的 3′UTR, 下调 p53的表达, 如 miR-155、 miR-125b、 miR-504、 miR-375等。在紫外损伤情况下HuR结合在3’UTR区域稳定p53 mRNA并且增强p53 mRNA翻译。

表3：P53 3'UTR结合因子及其功能

p53 mRNA介导的在DNA损伤下MDM2对p53调控转换

图2：p53 mRNA介导的调控机制

MDM2 通过介导 p53 降解和DNA损伤条件下调控转录活性的两种形式实现对 p53 功能的调节。

(A) MDM2 介导p53 穿过核膜进入胞浆降解。p53 可通过 MDM2 依赖途径和 MDM2 非依赖途径从核内向胞浆内转运。MDM2 与 p53 结合后, 通过特异性泛素蛋白连接酶(E3) 使 p53 蛋白的 C-末端上多个氨基酸位点泛素化,从而使 p53 能被胞浆中的蛋白水解酶识别并降解;p53的降解又可减少 MDM2 基因转录, 将 p53-MDM2负反馈环路关闭。

(B) 在DNA损伤情况下，MDM2 含有 1 个 p53 基因结合位点, 与p53 结合形成复合物, p53 蛋白急剧增加, 转录活性增强并诱导其负调节子 MDM2 的转录和表达。然而, 在 DNA 损伤应激下, MDM2 和 p53 均经历了一系列翻译后修饰作用, 从而破坏了两者之间的负反馈作用。ATM 可以直接磷酸化 MDM2 Ser386、Ser395、Ser425 和 Ser428, 还有 Thr419, ATR 磷酸化MDM2 Ser407, ATM 还可磷酸化 c-AB1 激酶进而磷酸化 MDM2 Tyr276 和 Tyr394。MDM2磷酸化以及p53 mRNA结合促进了与核糖体复合物（5S RNP）相互作用从而增加了p53蛋白翻译。

参考文献：

1. Haronikova, Lucia, et al. "The p53 mRNA: an integral part of the cellular stress response." Nucleic acids research (2019).

2. 王娅杰, et al. p53 在 DNA 损伤反应中的研究进展. Diss. 2011.

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