【摘 要】
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蛋白质翻译过程是中心法则的关键步骤之一。翻译分为起始、延伸、终止和回收四个阶段,最终合成与m RNA上开放阅读框核酸序列对应的蛋白质序列。经典的翻译调控研究通常只针对某一个或几个基因,缺乏在基因组层面上的认识。近年来开发出来的核糖体印迹测序技术（ribosome profiling或Ribo-seq）能在全转录组水平上考察生物体内翻译状况。通过对核糖体保护片段进行高通量测序,能够获得核糖体在转录本
【基金项目】
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国家自然科学基金:密码子重复介导程序性核糖体移码的机制和功能研究,3217110276；
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蛋白质翻译过程是中心法则的关键步骤之一。翻译分为起始、延伸、终止和回收四个阶段,最终合成与m RNA上开放阅读框核酸序列对应的蛋白质序列。经典的翻译调控研究通常只针对某一个或几个基因,缺乏在基因组层面上的认识。近年来开发出来的核糖体印迹测序技术（ribosome profiling或Ribo-seq）能在全转录组水平上考察生物体内翻译状况。通过对核糖体保护片段进行高通量测序,能够获得核糖体在转录本上的精确位置,进而揭示翻译速率、解码状态等多维度信息。本论文利用来自酿酒酵母、秀丽线虫、小鼠和人的高分辨率Ribo-seq数据展开多维度生物信息学分析,发现了两种新颖的调控方式。一、翻译起始停滞。过去认为在起始密码子形成80S翻译复合体后会立刻进入延伸阶段从而合成多肽,因此对翻译起始阶段调控的研究主要集中在核糖体装配、核糖体检索和起始密码子的选择等方面。以秀丽线虫为模式,我们分析一组从饥饿到正常状态的Ribo-seq数据发现:在起始密码子处存在一个翻译起始检查点,称为核糖体起始停滞（ribosome initiation pausing或RIP）。该检查点可调控80S核糖体是否立即进入翻译延伸阶段解码m RNA。最近的研究表明RAS致癌信号可以通过改变RIP而促进恶性翻译和癌症的发生。我们这一发现则表明无论是病理条件或是正常细胞状态下,RIP都是翻译的调节靶点。二、密码子重复介导的程序性核糖体移码。过去的研究中发现程序性核糖体移码现象大多发生在病毒和逆转座子中,而真核生物内源基因中鲜少报道。密码子重复指3个及以上相同密码子形成的重复,在真核生物基因组内广泛存在。本实验室前期研究利用双荧光素酶报告系统发现密码子重复本身能够介导程序性核糖体移码的发生（CRIF）,但不清楚真核生物内源基因内是否会发生。本文根据出芽酵母、秀丽线虫、小鼠和人高分辨率Ribo-seq数据设计了一种算法（CRIF-Ribo Finder）来预测内源蛋白质编码基因的CRIF。结果发现:（1）CRIF能够在体内普遍发生并且具有明确的移码方向;（2）在人中一部分CRIF的发生受到micro RNA的调控;（3）CRIF产生的移码蛋白具有功能性;（4）CRIF可能在真核生物中保守存在。经双荧光素酶实验发现CRIF-Ribo Finder的CRIF位点预测准确率为75%,这些发现颠覆了对程序性核糖体移码的传统认知,扩展了对常规蛋白质编码方式和基因功能的理解。综上所述,本研究利用多物种的高分辨率Ribo-seq数据,通过算法设计首次发现了真核生物翻译起始阶段的核糖体起始停滞检查点,以及翻译延伸阶段的CRIF信号,从而大大扩展了对真核生物翻译过程中调控方式的认知,为进一步研究蛋白质翻译调控的生物学功能奠定了基础。
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