5'UTR 在基因表達(dá)調(diào)控中的研究進(jìn)展

杜芳芳，馬駿杰，楊澤偉，趙雪蓮，劉東宇，楊秀芹

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150030）

基因表達(dá)是指通過轉(zhuǎn)錄和翻譯等方式將基因內(nèi)貯存的遺傳信息轉(zhuǎn)換為具有生物學(xué)功能的RNA、多肽和蛋白質(zhì)的過程，是一個(gè)受到嚴(yán)格調(diào)控的生物學(xué)級(jí)聯(lián)過程[1]。近年來，研究發(fā)現(xiàn)mRNA 5' 非翻譯區(qū)（5'Untranslated Region，5'UTR）存在著重要的調(diào)控元件，包括內(nèi)部核糖體進(jìn)入位點(diǎn)（Internal Ribosome Entry Site，IRES）、5'UTR 二級(jí)結(jié)構(gòu)、G-四聚體（G-quadruplexes，G4）、5'帽子結(jié)構(gòu)、上游開放閱讀框（Upstream Open Reading Frame，uORF）、Kozak 序列、上游起始密碼子ATG（upstream ATG，uATG）和5'UTR 內(nèi)含子（5'UTR introns，5UIs）等[2]，5'UTR 對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控涉及多個(gè)層面，對(duì)維持mRNA 的穩(wěn)定性、核內(nèi)運(yùn)輸、RNA 剪接和加工以及細(xì)胞增殖等皆有重要作用[3]。如5UIs 能夠結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子[4]，對(duì)轉(zhuǎn)錄起始進(jìn)行調(diào)控；當(dāng)下比較熱門的轉(zhuǎn)基因技術(shù)就有一些通過uORF 對(duì)翻譯水平進(jìn)行微型調(diào)控[5]。此外，5'UTR 的核苷酸組成影響翻譯起始，并且核苷酸之間可能存在著隨機(jī)上位效應(yīng)[6]。

近年來，在生物學(xué)領(lǐng)域，5'UTR 與micoRNAs 的相互作用及其在腫瘤免疫治療中的影響、蛋白質(zhì)組學(xué)分析UTR 肽在基因組中的翻譯、以及5'UTR 雙向啟動(dòng)子活性產(chǎn)生雙鏈RNA 等研究引起廣泛關(guān)注，但人們對(duì)5'UTR 的調(diào)控機(jī)制認(rèn)識(shí)還不夠充分。本文主要對(duì)5'UTR自身調(diào)控元件的作用機(jī)制及相關(guān)研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，以期為今后5'UTR 調(diào)控機(jī)理以及相關(guān)研究提供參考。

1 內(nèi)部核糖體進(jìn)入位點(diǎn)介導(dǎo)翻譯起始

在絕大多數(shù)的真核細(xì)胞中，mRNA 的翻譯起始依賴于m7Gcap 帽結(jié)構(gòu)和核糖體掃描機(jī)制[3,7]，這也是最經(jīng)典的分子作用機(jī)制，主要過程：首先核糖體40S 小亞基與真核起始因子（Eukaryotic Initiation Factor，eIF）2、GTP和甲硫氨酰-tRNA 形成43S 預(yù)啟動(dòng)復(fù)合物（Preinitiation Complex，PIC）；同 時(shí)PIC 在eIF4F 復(fù)合體（由eIF4G、eIF4A、eIF4E 構(gòu)成）和eIF4B 等因子影響下與m7Gcap 帽結(jié)構(gòu)結(jié)合，mRNA 在poly（A）結(jié)合蛋白（poly(A)-binding protein，PABP）和eIF4G 的相互作用下形成環(huán)狀；然后PIC 從5' 方向開始掃描5'UTR 并尋找合適的起始密碼子，PIC 轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的48S 復(fù)合體，60S 核糖體亞基加入復(fù)合物形成80S 核糖體亞基，至此翻譯延伸開始（圖1）。除此之外，有一些真核基因的翻譯起始并不依賴m7Gcap 帽結(jié)構(gòu)，即非帽依賴性翻譯起始機(jī)制。這部分基因的mRNA 無m7Gcap 結(jié)構(gòu)，核糖體的40S 小亞基通過識(shí)別IRES 與mRNA 的上游序列結(jié)合，或者直接與起始密碼子結(jié)合，啟動(dòng)翻譯[8]。

圖1 真核帽依賴性翻譯掃描機(jī)制模型[3,7]

1.1 IRES 介導(dǎo)病毒基因起始翻譯 IRES 最初在脊髓灰質(zhì)炎病毒RNA 和腦心肌炎病毒RNA 的5'UTR 中發(fā)現(xiàn)，隨后真核基因也被鑒定出含有IRES 元件[8]。有研究者通過實(shí)驗(yàn)將微小核糖核酸病毒的IRES 連接到一個(gè)缺少5'帽子結(jié)構(gòu)的環(huán)狀RNA 上，該RNA 能夠被正常翻譯，證實(shí)了IRES 是除了經(jīng)典的核糖體掃描機(jī)制以外具有起始翻譯功能的結(jié)構(gòu)[9]。

病毒RNA 的IRES 可以直接與宿主細(xì)胞的eIFs 或核糖體結(jié)合來起始自身翻譯[10]。有些病毒在入侵后會(huì)通過清除eIF4G、eIF4A、eIF3 或使eIF4E 失活等方式來降低細(xì)胞mRNA 招募核糖體亞基的能力，導(dǎo)致宿主細(xì)胞的翻譯能力降低，從而使病毒mRNA 更高效表達(dá)[11]。

根據(jù)與eIFs 和反式作用因子（IRES-transacting factors，ITAFs）的結(jié)合能力，病毒IRES 分為I～Ⅳ型4 類，分別以脊髓灰質(zhì)炎病毒、腦心肌炎病毒、丙肝病毒和蟋蟀麻痹病毒為代表[12-13]。4 類IRES 的翻譯啟動(dòng)機(jī)制相似，即募集核糖體亞基進(jìn)行組裝，但其招募核糖體的方式及促進(jìn)翻譯起始的蛋白質(zhì)因子存在差異（表1）。

表1 病毒IRES 分類[13]

I 型IRES 和II 型IRES 均由5 個(gè)核心結(jié)構(gòu)域組成，I 型IRES 包括結(jié)構(gòu)域II～VI（圖2-A），II 型IRES 包括結(jié)構(gòu)域H-L（圖2-B），這些結(jié)構(gòu)域促進(jìn)了IRES 與eIF4A、eIF4B、eIF4G 的相互作用；I 型和II 型IRES 的3'端均存在一段Yn-Xm-Aug 基序，即AUG 上游約20 nt處（Xm，10～20 nts）有一段嘧啶鏈（Yn，8～10 nts），該基序被認(rèn)為是核糖體進(jìn)入位點(diǎn)[14]。

I 型IRES 的結(jié)構(gòu)域V 與eIF4G 結(jié)合，結(jié)構(gòu)域VI中的一個(gè)保守的AUG 可以刺激43S 核糖體預(yù)起始復(fù)合物的附著，然后掃描到起始密碼子并起始翻譯；II 型IRES 的結(jié)構(gòu)域J-K 提供eIF4G 的結(jié)合位點(diǎn)，但核糖體不掃描mRNA，直接將43S 復(fù)合物招募至起始密碼子處[15]。盡管eIF4G 在I 型和II 型IRES 上的結(jié)合位點(diǎn)不同，但是兩者的起始機(jī)制存在一個(gè)共同點(diǎn)：都是基于IRES 與eIF4G 的特異性相互作用——招募eIF4A，導(dǎo)致IRES 的3'端構(gòu)象改變，有助于招募PIC 復(fù)合物[13]。

III 型IRES 有3 個(gè)結(jié)構(gòu)域，命名為II、III、IV（圖2-C），這些結(jié)構(gòu)域在缺少m7Gcap 帽結(jié)構(gòu)依賴的起始和掃描因子的前提下招募核糖體40S 小亞基并通過eIF2、eIF3、eIF5 和eIF5B 招募tRNA，直接在起始密碼子處形成48S 復(fù)合體，隨后GTP 水解、eIF 釋放和60S 亞基加入在起始密碼子處形成80S 核糖體并起始翻譯[16]。

IV 型IRES 包 括3 個(gè)偽結(jié)（PKI、PKII 和PKIII）和多個(gè)莖環(huán)結(jié)構(gòu)（圖2-D），PKI 在40S 核糖體亞基A位點(diǎn)（解碼中心）模擬tRNA 與mRNA 之間同源密碼子-反密碼子的相互作用，這種模擬允許IRES 招募1個(gè)60S 亞基，并從非ATG 起始密碼子起始翻譯[17]。IV型IRES 與核糖體的這種結(jié)合方式模擬了核糖體的易位狀態(tài)，其介導(dǎo)的翻譯過程無需IFs 和ITAFs 的參與，只需要延長因子（Elongation Factors，eEFs）將mRNA的第一個(gè)密碼子帶入A 位點(diǎn)起始翻譯并進(jìn)行多肽鏈的合成[18]。

圖2 病毒IRES 4 種類型的二級(jí)結(jié)構(gòu)[13-14,17]

有報(bào)道稱，一些I 型IRES（如脊髓灰質(zhì)炎病毒1 型、腸病毒7 型）可以從ORF 的5'上游起始翻譯[19]。除此之外，蟋蟀麻痹病毒IRES 可以通過使用tRNA 模擬與細(xì)菌核糖體相互作用來啟動(dòng)翻譯[20]，這表明真核細(xì)胞和細(xì)菌之間的翻譯起始的過程存在相似性。Arhab 等[21]研究發(fā)現(xiàn)，微小RNA 病毒的5'UTR 包括IRES 在內(nèi)的結(jié)構(gòu)，可以獨(dú)立于基因組其他部分進(jìn)化，主要表現(xiàn)為可以在基因組間移動(dòng)并且多以表型重組的方式。病毒IRES 種類繁多且機(jī)制復(fù)雜、發(fā)病機(jī)制多樣和細(xì)胞的特異性等因素是病毒進(jìn)化的重要方面。

1.2 IRES 介導(dǎo)真核細(xì)胞起始翻譯 一些真核細(xì)胞的mRNA 含有IRES，這些mRNA 在細(xì)胞增殖、分化、凋亡和有絲分裂等生理活動(dòng)以及細(xì)胞缺氧、養(yǎng)分減少等應(yīng)激條件下可以翻譯產(chǎn)生蛋白質(zhì)[22]。Dai 等[23]實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，血清饑餓期間，DNA 損傷結(jié)合蛋白2（DNA damagebinding protein 2，DDB2）的翻譯水平增加，之后發(fā)現(xiàn)2 個(gè)順反子之間插入DDB2的5'UTR 可以啟動(dòng)下游基因表達(dá)，證實(shí)了DDB2-5'UTR 具有IRES 活性。真核細(xì)胞具有IRES 活性的5'UTR 在結(jié)構(gòu)上具有相似性，普遍比不含有IRES 的5'UTR 長且GC 含量高、擁有多個(gè)起始密碼子以及復(fù)雜的二級(jí)結(jié)構(gòu)，但并非滿足這些條件的5'UTR 一定具有IRES 活性或者依賴其起始翻譯[24-25]，兩者的關(guān)系不互通。與病毒相比，細(xì)胞IRES 的RNA序列結(jié)構(gòu)少、保守性小且相似性較低，因此目前難以通過生物信息學(xué)方法預(yù)測內(nèi)源性IRES。

真核細(xì)胞通常以單順反子形式進(jìn)行生命活動(dòng)，但I(xiàn)RES 的功能常以多順反子的形式體現(xiàn)。Kanamori 等[26]研究發(fā)現(xiàn)，來自于蠶的單一mRNA 編碼了1 個(gè)昆蟲細(xì)胞因子麻痹肽的前體和2 個(gè)新的細(xì)胞因子前體樣蛋白u(yù)ENF1 和uENF2，以螢火蟲熒光素酶ORF 替換該mRNA 的3 個(gè)ORF，證實(shí)了這3 種蛋白均來自同一個(gè)mRNA 模板。此外，真核細(xì)胞IRES 對(duì)發(fā)育過程中的基因表達(dá)有著不可忽視的調(diào)控作用。有報(bào)道稱，C-myc原癌基因IRES 在轉(zhuǎn)基因小鼠胚胎發(fā)育過程中和成體組織中均有表達(dá)，但效率不同，其IRES 活性在胚胎發(fā)育過程中高于成體組織，因此可以推測細(xì)胞IRES 介導(dǎo)個(gè)體發(fā)育[27]。

目前的研究發(fā)現(xiàn)，IRES 元件起始的翻譯過程與m7Gcap 帽結(jié)構(gòu)依賴機(jī)制存在著許多相似之處，二者的影響因素可能一致，在今后的實(shí)驗(yàn)中可以以此為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行變量因素設(shè)計(jì)。

2 二級(jí)結(jié)構(gòu)調(diào)控翻譯起始

5'UTR 二級(jí)結(jié)構(gòu)對(duì)基因的起始翻譯有調(diào)控作用，盡管5'UTR 沒有直接參與蛋白質(zhì)的合成，但是堿基配對(duì)形成的莖環(huán)結(jié)構(gòu)會(huì)影響核糖體亞基復(fù)合物的移動(dòng)，阻礙核糖體的合成，從而抑制翻譯起始[28]。通常借助RNAFOLD（http://rna.tbi.univie.ac.at）、MFOLD（http:// mfold.rna.albany.edu）、GEEBEE（http://www.genebee.msu.su）等軟件，以GC 含量和最小自由能(Δ)G 為指標(biāo)來預(yù)測5'UTR 二級(jí)結(jié)構(gòu)。自由能的大小與GC 含量和堿基對(duì)數(shù)不呈正比關(guān)系，整體自由能越小的二級(jí)結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，越不利于翻譯進(jìn)行。但是在果蠅體內(nèi)發(fā)現(xiàn)5'UTR 二級(jí)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性高于其他區(qū)域[29]，說明5'UTR 二級(jí)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與翻譯起始效率不是絕對(duì)的反比關(guān)系。

G4 是由富含G 的RNA 或DNA 核苷酸序列形成的非典型二級(jí)結(jié)構(gòu)，且RNA G4（RG4）的結(jié)構(gòu)較被廣泛研究的DNA G4 更加穩(wěn)定[30]。RG4 廣泛分布于premRNA、內(nèi)含子、CDS 和UTR 內(nèi)。有研究表明，人類某些基因啟動(dòng)子區(qū)域含有G4[31]，這也從側(cè)面說明了G4對(duì)基因表達(dá)有著調(diào)控作用。有關(guān)5'UTR 區(qū)域RG4 的報(bào)道大多與抑制翻譯起始有關(guān)，推測可能是以阻礙43S 預(yù)啟動(dòng)復(fù)合物與mRNA 的結(jié)合或者減緩核糖體掃描速度的方式抑制翻譯效率[32]（圖3）。Beaudoin 等[33]篩選出9 個(gè)可能存在G4 結(jié)構(gòu)且編碼不同蛋白質(zhì)的基因，以基因突變的方式證明5'UTR-RG4 是一種翻譯抑制物，并廣泛分布在細(xì)胞中；隨后，Bolduc 等[34]發(fā)現(xiàn)，人類UTR 區(qū)存在潛在的G4 結(jié)構(gòu)，并且無論G4 結(jié)構(gòu)的莖環(huán)位置和大小如何變化，G4 均存在翻譯起始抑制的現(xiàn)象。

圖3 RNA G-四聚體抑制翻譯起始模式圖[32]

但并不是所有RG4 均對(duì)翻譯起始有抑制作用，人VEGF基因5'UTR-RG4 可提高翻譯效率[35]。此外，RG4 還參與pre-mRNA 的形成及選擇性剪接、mRNA的靶向等過程的調(diào)控，單核苷酸多態(tài)性也在一定程度上影響G4 的形成[36]。

3 uORF 和uATG 調(diào)控翻譯效率

uORF 普遍存在于真核細(xì)胞中，uORF 在某些情況下可以被翻譯成多肽，長度在1～100 個(gè)氨基酸，uORF序列可以完全包含在5'UTR 中，或者與CDS 區(qū)部分重疊，1 個(gè)基因可能有多個(gè)uORF。uORF 調(diào)控基因表達(dá)的方式是通過介導(dǎo)CDS 的翻譯起始率進(jìn)而調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的產(chǎn)生，uORF 通常被認(rèn)為是翻譯抑制因子，但一些uORF 在環(huán)境壓力的應(yīng)激條件下會(huì)促進(jìn)基因的表達(dá)，如小鼠ATF4基因5' 端存在2 個(gè)uORF，上游uORF1 可促進(jìn)下游編碼區(qū)的核糖體掃描和重新啟動(dòng)，而uORF2抑制下游基因表達(dá)：當(dāng)非應(yīng)激細(xì)胞中大量存在eIF2-GTP 時(shí)，uORF1 下游的核糖體在下一個(gè)閱讀框uORF2重新啟動(dòng)；在應(yīng)激條件下，eIF2 的磷酸化和eIF2-GTP水平的降低增加了核糖體重新啟動(dòng)的時(shí)間，這種延遲導(dǎo)致核糖體重新啟動(dòng)并越過uORF2 進(jìn)行掃描，在編碼區(qū)重新啟動(dòng)，致使小鼠ATF4基因的表達(dá)量增加[37]。研究發(fā)現(xiàn)，uORF 調(diào)控基因表達(dá)的方式一般為3 種：①核糖體掃描從5' 端的帽狀結(jié)構(gòu)開始，識(shí)別uORF 并進(jìn)行翻譯，之后核糖體解體釋放到細(xì)胞質(zhì)中，被其他mRNA招募并形成新的PIC 復(fù)合物，從而抑制下游主編碼框（Main Open Reading Frame，mORF）的翻譯效率[38]；②uORF 被翻譯形成的短肽導(dǎo)致核糖體在延伸過程中發(fā)生懸停，在空間上阻礙后面的核糖體使其無法向下游移動(dòng)，導(dǎo)致mORF 翻譯被抑制；③由于uORF 的存在，細(xì)胞識(shí)別出異常的mRNA，為保證生命活動(dòng)正常進(jìn)行，將模板mRNA 進(jìn)行降解，即無義密碼子介導(dǎo)的mRNA降解[39]。

盡管uORF 多以負(fù)調(diào)控的方式介導(dǎo)翻譯，但是有研究發(fā)現(xiàn)存在一些機(jī)制可以規(guī)避這種現(xiàn)象。病毒以及一些植物的真核細(xì)胞以漏掃描和重新初始化這兩種方式來避免下游mORF 翻譯被抑制[40]（圖4、5）：發(fā)生漏掃描時(shí)，40S 核糖體亞基越過uORF 的起始密碼子，避免翻譯uORF，之后40S 繼續(xù)向下游掃描，當(dāng)遇到mATG 時(shí)，60S 核糖體亞基被招募并形成80S 核糖體亞基，此時(shí)正常翻譯mORF；重新初始化則是當(dāng)uORF 被翻譯后，核糖體解體并釋放60S 核糖體亞基，40S 核糖體亞基繼續(xù)向下游掃描，并在mATG 處再次形成80S 核糖體亞基。雖然這兩種方式都可以回避uORF 的負(fù)調(diào)控，但是重新初始化不能解決uORF 和mORF 重疊帶來的翻譯抑制現(xiàn)象。

圖4 漏掃描機(jī)制示意圖[40]

uORF 的數(shù)量會(huì)影響翻譯效率，且呈反比關(guān)系，uORF 的翻譯抑制效率隨著與mORF 之間的距離縮短而加強(qiáng)[41]。此外，uORF 調(diào)控基因表達(dá)還與自身的核苷酸序列組成相關(guān)并具有依賴性，讀碼框內(nèi)的任何一個(gè)堿基突變都有可能改變下游mORF 翻譯效率的抑制程度[42]。

圖5 重新初始化機(jī)制示意圖[40]

uATG 不一定是功能性翻譯起始位點(diǎn)，當(dāng)uATG 附近的序列不符合Kozak 規(guī)則或者由于二級(jí)結(jié)構(gòu)的影響等情況時(shí)，uATG 的識(shí)別可能會(huì)失敗[43]。翻譯的起始一般是由ATG 啟動(dòng)的，但是存在一些uORF 翻譯起始于非ATG 起始密碼子[44]。在Radio 等[45]的研究中，將與CDS 重疊的uORF 區(qū)域的起始密碼子突變?yōu)镃UG、UUG、GUG、ACG、AUA 和AUU 等，然后對(duì)uORF的翻譯能力進(jìn)行分析并分別與uATG 起始的翻譯效率和mORF 的翻譯效率相比，發(fā)現(xiàn)起始效率高的密碼子多以嘌呤堿基（A、G）為主，且uATG 起始活性低于mATG。

4 上游內(nèi)含子調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄

4.1 5'UTR 內(nèi)含子的功能 內(nèi)含子最突出的作用是可以被選擇性剪接，進(jìn)而產(chǎn)生不同功能的蛋白質(zhì)，并且無論內(nèi)含子處于在基因結(jié)構(gòu)的哪個(gè)位置，均可以調(diào)控基因的表達(dá)并涉及到每一步，包括mRNA 的轉(zhuǎn)錄、翻譯、定位以及衰變等過程[46]。大部分內(nèi)含子位于編碼區(qū)，少數(shù)位于5'UTR 和3'UTR，5'UTR 內(nèi)含子長度大約是編碼區(qū)內(nèi)含子的2 倍，盡管3'UTR 比5'UTR 長，但僅有較少的3'UTR 包含內(nèi)含子[47]。具有調(diào)控功能的基因多富集5'UTR 內(nèi)含子，這種現(xiàn)象也反映了5UIs 有結(jié)合各種轉(zhuǎn)錄因子的特性，并且這些結(jié)合位點(diǎn)均位于第一內(nèi)含子中[48]。5UIs 對(duì)基因的表達(dá)調(diào)控通常以影響上游啟動(dòng)子活性的方式，并對(duì)基因表達(dá)有促進(jìn)作用，如擬南芥啟動(dòng)子近端內(nèi)含子可以增強(qiáng)下游基因的表達(dá)，水稻rubi3基因的5UIs 提高了基因的轉(zhuǎn)錄水平、mRNA 的穩(wěn)定性以及翻譯效率，證明植物內(nèi)含子具有促進(jìn)轉(zhuǎn)錄的作用[49-50]。

除此之外，5UIs 的表達(dá)調(diào)控還具有組織特異性。Shi 等[51]鑒定了甜橙基因5UIs 的序列大小和核苷酸分布特征，發(fā)現(xiàn)甜橙DUF247基因含有1 個(gè)5UI，5UI 在葉片和莖中的表達(dá)顯著高于根部，這為今后研究5UIs對(duì)基因表達(dá)調(diào)控的機(jī)制提供了參考。

5UIs 存在豐富的剪接位點(diǎn)，富集A/T 堿基有助于剪接位點(diǎn)的識(shí)別，并且這些序列趨向于結(jié)合RNA 結(jié)合蛋白并與轉(zhuǎn)錄因子相互作用，調(diào)控uATG 起始翻譯；但并不是所有的5UIs 均為富A/T 區(qū)，存在部分基因以富集堿基C 為剪接識(shí)別位點(diǎn)[4]。包含5UIs 的啟動(dòng)子活性高于缺失5UIs 的啟動(dòng)子，且具有更強(qiáng)的基因表達(dá)和產(chǎn)物積累，這也證明了5UIs 參與了轉(zhuǎn)錄水平和轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控[52]。

4.2 5'UTR 內(nèi)含子的位置對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控 內(nèi)含子的起始轉(zhuǎn)錄能力取決于與啟動(dòng)子的距離，同一內(nèi)含子在同一基因的不同位置具有不同的起始轉(zhuǎn)錄效率。內(nèi)含子的位置會(huì)影響其轉(zhuǎn)錄及轉(zhuǎn)錄后調(diào)控能力。以擬南芥MHX基因?yàn)槔寒?dāng)5UIs 位于mATG 的5'端時(shí)，在剪接率很高的前提下，下游基因的翻譯水平依然很強(qiáng)；當(dāng)5UIs 位于mATG 的3'端時(shí)，下游基因的翻譯能力明顯下降，并且由于5UIs 位置的下移，mRNA 的轉(zhuǎn)錄量略微下降[53]。此外，內(nèi)含子上含有豐富的核內(nèi)小RNA 作用位點(diǎn)，當(dāng)5UIs 位于啟動(dòng)子較遠(yuǎn)位置時(shí)，不利于pre-mRNA 形成剪接體，抑制轉(zhuǎn)錄的進(jìn)行并導(dǎo)致翻譯效率降低[54]。

5 小結(jié)與展望

基因表達(dá)主要涉及到轉(zhuǎn)錄調(diào)控、轉(zhuǎn)錄后調(diào)控、翻譯調(diào)控和翻譯后調(diào)控4 個(gè)層面，其影響因子主要包括編碼序列和UTR 的長度、核苷酸組成和結(jié)構(gòu)、ATG 附近的序列是否符合Kozak 規(guī)則、uORF 的存在、miRNA 的可能靶位點(diǎn)、密碼子用法、氨基酸組成和蛋白質(zhì)降解信號(hào)等，基因表達(dá)的起始過程是研究調(diào)控機(jī)制的關(guān)鍵。5'UTR 在轉(zhuǎn)錄及翻譯水平的調(diào)控主要體現(xiàn)在細(xì)胞增殖、分化、生長發(fā)育、凋亡和應(yīng)激條件下生命活動(dòng)的正常進(jìn)行，并且在研究腫瘤發(fā)生過程、癌癥的作用機(jī)理中發(fā)揮重要的作用，引起了研究者的廣泛關(guān)注。

目前對(duì)5'UTR 的調(diào)控機(jī)制研究還不夠成熟，有待深入研究：①病毒IRES 介導(dǎo)帽無關(guān)翻譯的機(jī)制研究得比較全面，細(xì)胞IRES 的作用機(jī)制仍然需要更多更有力的證據(jù)，并且目前研究細(xì)胞IRES 的工具種類較少，需要更加先進(jìn)的軟件及設(shè)備去分析；②如何才能更好去分析mRNA 的高級(jí)結(jié)構(gòu)，盡管目前的工具可以分析細(xì)胞內(nèi)部幾乎全部的RNA 結(jié)構(gòu)，但是對(duì)5'UTR 的高級(jí)結(jié)構(gòu)研究還不夠透徹，如cyclind1基因5'UTR 的相關(guān)RNA結(jié)構(gòu)尚不明晰；③有關(guān)5'UTR 與mRNA 二級(jí)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性的報(bào)道較少，mRNA 二級(jí)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性不一致的原因尚不清楚，未來可以將mRNA 二級(jí)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是否存在種間差異以及二級(jí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與基因表達(dá)的關(guān)系作為研究熱點(diǎn)；④uORF 存在選擇性剪接現(xiàn)象，但對(duì)于這些現(xiàn)象的產(chǎn)生以及對(duì)翻譯水平造成的影響研究得還不夠全面，可以從轉(zhuǎn)錄組學(xué)、核糖體譜和蛋白質(zhì)組學(xué)等方面進(jìn)行綜合分析。