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上游开放阅读框

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具uORF的mRNA示意图

上游开放阅读框(Upstream open reading frame,简称uORF)是位于真核生物mRNA5′非翻译区(5′ UTR)的开放阅读框(ORF),可调控(一般为抑制)mRNA主要ORF的翻译,少数案例中(如酵母菌Gcn4基因)uORF则可促进主要开放阅读框的翻译[1],为细胞调控基因表达的机制之一[2][3]

人类基因中约有50%在mRNA的5′ UTR具有uORF,一般长2至100个密码子,多为抑制主要开放阅读框的翻译[4],有些mRNA含有超过一个uORF[5]。uORF的异常可能与癌症及数种遗传疾病有关[5]

机制

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翻译起始时43S起始前复合物会自mRNA的5′往3′移动以寻找起始密码子,遇到uORF的起始密码子时即会开始翻译,翻译uORF时核糖体可能发生停滞(并启动无义介导的mRNA降解),或在结束翻译后脱离mRNA,不再继续翻译下游的主要ORF,因此抑制主要ORF的基因表达,40S核糖体亚基也可能在完成uORF的翻译时继续结合在mRNA上并往3′移动,找到主ORF的起始密码子并重新启动翻译[5]。长度较长、距主要ORF较近或具核酸二级结构而促使核糖体停滞的uORF较易抑制主ORF的翻译[5]

43S起始前复合物寻找起始密码子时,某些情况下也会跳过uORF,直接翻译主要的开放阅读框,此机制与uORF的位置与周边序列有关[5]。另外许多uORF的起始密码子并非AUG,而是其他类似的密码子,其中以CUG最多,其次为GUG(约与AUG数量相等),再次为UUG[5]

uORF翻译生成的多肽产物可由质谱仪测得[6],其中有些可参与翻译调控,或与细胞中其他蛋白结合而影响其他反应[5]

参考文献

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  1. ^ Hinnebusch, Alan G. Translational Regulation of Yeast GCN4: A WINDOW ON FACTORS THAT CONTROL INITIATOR-tRNA BINDING TO THE RIBOSOME *. Journal of Biological Chemistry. 1997-08-29, 272 (35): 21661–21664 [2021-12-02]. ISSN 0021-9258. PMID 9268289. doi:10.1074/jbc.272.35.21661可免费查阅. (原始内容存档于2022-07-12) (英语). 
  2. ^ Vilela C, McCarthy JE. Regulation of fungal gene expression via short open reading frames in the mRNA 5'untranslated region. Molecular Microbiology. August 2003, 49 (4): 859–67. PMID 12890013. doi:10.1046/j.1365-2958.2003.03622.x可免费查阅. 
  3. ^ Lovett PS, Rogers EJ. Ribosome regulation by the nascent peptide. Microbiological Reviews. June 1996, 60 (2): 366–85. PMC 239448可免费查阅. PMID 8801438. doi:10.1128/MMBR.60.2.366-385.1996. 
  4. ^ Calvo SE, Pagliarini DJ, Mootha VK. Upstream open reading frames cause widespread reduction of protein expression and are polymorphic among humans (PDF). Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (Proceedings of the National Academy of Sciences). 2009, 106 (18): 7507–12 [2021-12-02]. Bibcode:2009PNAS..106.7507C. PMC 2669787可免费查阅. PMID 19372376. doi:10.1073/pnas.0810916106可免费查阅. (原始内容存档 (PDF)于2022-01-20). 
  5. ^ 5.0 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 Joana SilvaRafael FernandesLuísa Romão. Translational Regulation by Upstream Open Reading Frames and Human Diseases. The mRNA Metabolism in Human Disease. Springer, Cham. 2019: 99-116 [2021-12-02]. ISBN 978-3-030-19965-4. doi:10.1007/978-3-030-19966-1_5. (原始内容存档于2022-03-05). 
  6. ^ Slavoff SA, Mitchell AJ, Schwaid AG, Cabili MN, Ma J, Levin JZ, Karger AD, Budnik BA, Rinn JL, Saghatelian A. Peptidomic discovery of short open reading frame-encoded peptides in human cells. Nature Chemical Biology. 2013, 9 (1): 59–64. PMC 3625679可免费查阅. PMID 23160002. doi:10.1038/nchembio.1120.