Exosome的功能及作用机制的研究进展_崔凡.docx

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1、国外医学分子生物学分册2002年第24卷第6期·321··综述·按:“真核基因表达调控”是分子生物学中的重要内容之一。中国医学科学院、中国协和医科大学的沈王羽王非、杨克恭、袁建刚教授,根据CellVol.108(Feb.22,2002)“真核基因表达调控”专集的内容,组织本院直属的10多个研究所、医院的医学分子生物学相关专业的研究生,以真核基因表达调控各个领域的研究进展为主,认真地查阅了大量文献,写成综述,并从中精选出12篇,经过反复审阅后汇编成本专集,以飨读者。Exosome的功能及作用机制的研究进展崔凡综述杨克恭审阅中国医学科学院皮肤病研究所(南京,2

2、10042)中国协和医科大学摘要Exosome(外切酶体)是一种包含了至少10种必要组分的蛋白复合物,它在真核细胞RNA加工和mR-NA3′→5′方向降解过程中都起重要的作用。近两年来,exosome还被发现在mRNA的质量控制和5′端去帽中起关键作用。随着对mRNA的AREs功能研究的进一步深入和ski复合物的发现,人们对exosome作用机制的认识取得了突破性进展。关键词外切酶体;mRNA;3′非翻译区真核细胞内存在5′→3′和3′→5′方向两条mRNA降解途径,其起始阶段都包括polyA尾的缩短,接着mRNA分别从5′→3′或3′→5′方向降解。5′

3、→3′方向是胞质内mRNA的主要降解途径,先是mRNA5′的帽子结构被Dcp1p去除,接着Xrn1p发挥5′→3′核酸外切酶活性将剩余的mRNA快速降解。而3′→5′方向则是核内mRNA的主要降解途径,它依赖于一种称为exosome(外切酶体)的复合物[1]。本综述将重点讨论2000年以来exosome的功能和作用机制研究进展。1Exosome的组成和结构酵母exosome蛋白复合物至少包含10种必要组分:Rrp4p、Rrp40p、Rrp41p/ski6p、Rrp42p、Rrp43p、Rrp44p/Dis3p、Rrp45p、Rrp46p、Mtr3p和Csl

4、4p[2]。Mitchell认为,除了Csl4p以外的所有组分都具有3′→5′核酸外切酶的活性[3]。目前已发现12种人exosome的组分,包括hRrp4p、hRrp40、hRrp41p、hRrp42p、hRrp46p、hCsl4p、PM-Scl75和PM-Scl100等,其中大部分组分与酵母同源,最后两个组分别是“皮肌炎硬皮病综合征”所产生的自身免疫抗体的靶目标。Exosome同时存在于核内与胞质之中。通过免疫荧光染色,Briggs发现exosome的另一个组分Rrp6p(PM-Scl100)特异的定位于核内[4]。Rrp6p也是一种3′→5′核酸外切

5、酶,它是核内exosome的特有组分。VanHoof发现,Rrp6p突变株不会发生核内mRNA的更新障碍,只会引起温度敏感致死性增加[5]。Exosome在高等真核生物中似乎是保守的,酵母和人类的exosome与E.coli的RNasePH、RNaseD、RNaseR在序列上具有相似性,同属于RNasePH超家族[6]。酵母Exosome复合物由10多个核酸外切酶分子围绕中心空腔排列组成,这与它的功能相符,但目前还不清楚这个复合物的具体结构。核心exosome由6个核酸外切酶(Rrp41p、Rrp42p、Rrp43p、Rrp45p、Rrp46p、Mtr3

6、p)、2个RNA水解酶(Rrp4p、Rrp40p)及一个功能不清的组分Csl4p组成。其他组分(如Rrp44p)可能与核心exosome直接连接,也可能在RNA底物的介导下与其间接连接。最近,X光晶体衍射第一次在原子水平上揭示了PNPase(RNasePH超家族成员)的结构。PNPase以三聚体的形式呈环状套在RNA上,从3′→5′方向降解RNA。Symmony认为,根据PNPase和exo-some在二级结构上的相似性,推测exosome的三级结构可能具有类似的结构和作用机制[6]。2Exosome的功能2.1加工底物Exosome通过对RNA3′端的加

7、工,可以产生具有成熟3′端的稳定的RNA。在exosome亚单位·322·缺陷的酵母细胞核内,大量堆积具有延长的3′端的不成熟的5.8sRNA,而缺少成熟的5.8sRNA。与此相似,在exosome突变株的细胞核内,也会堆积具有3′端延长多聚腺苷酸化的snRNA和snoR-NA。在此情况下exosome可能同时参与了snRNA和snoRNA的去腺苷酸化和3′端的加工[2]。由于所有的这些加工反应都需要3′→5′核酸外切酶的活性,而这正是exosome的生化功能。因此,exosome可能参与了这些加工过程[3]。2.2降解底物核内mRNA在去除polyA尾后

8、,可被exosome从3′→5′方向降解,这是核内mRNA的主要降