转录后和翻译后调控

基因表达在RNA转录后和蛋白质合成后继续受到调控。转录后调控塑造RNA的加工、转运和命运，而翻译后调控则修饰、定位和降解已完成的蛋白质——它们共同在转录单独决定的范围之外，精细调节功能性基因产物的特性和数量。

Definition

转录后和翻译后调控是指在转录后作用于RNA（加工、修饰、稳定性、翻译）和在合成后作用于蛋白质（共价修饰、定位、降解）的调控过程，以决定最终活性基因产物的组成。

Scope

本主题涵盖转录后事件，如可变剪接、RNA编辑、RNA结合蛋白和小调控RNA的作用，以及翻译后事件，包括共价蛋白质修饰（特别是磷酸化）和通过泛素-蛋白酶体系统进行的受调控蛋白质降解。这是一个机制性的分子主题，而非临床指导。

Core questions

• 一个基因如何产生几种不同的蛋白质产物？
• 蛋白质合成后，其活性如何开启或关闭？
• 细胞如何快速清除不再需要的蛋白质？
• RNA结合蛋白和小RNA如何影响转录本的命运？

Key concepts

• 可变剪接
• RNA编辑和RNA的化学修饰
• RNA结合蛋白
• 微RNA调控
• 蛋白质磷酸化及其他共价修饰
• 泛素-蛋白酶体降解
• 受调控的蛋白质定位

Mechanisms

转录后，初级转录本经过加工，可以通过可变剪接产生不同的信使RNA，从而从单个基因扩展蛋白质种类；RNA编辑和修饰进一步使转录本多样化。RNA结合蛋白通过模块化结构域识别序列和结构特征，调控剪接、转运、定位、稳定性和翻译，而小RNA（如微RNA）则抑制靶向转录本。一旦蛋白质合成，其功能会受到翻译后调控：可逆共价修饰（其中由庞大的蛋白激酶家族进行的磷酸化是最普遍的）改变活性、相互作用或定位。蛋白质丰度也通过受调控的降解来控制——用泛素标记蛋白质会使其被蛋白酶体降解，这提供了一种快速且选择性的方式来终止蛋白质的作用。这些机制共同决定了哪些基因产物存在、以何种形式存在以及存在多长时间。

Clinical relevance

剪接、蛋白质修饰和泛素-蛋白酶体系统的缺陷与多种疾病有关，这些机制是细胞控制信号传导和蛋白质质量的核心。本条目为教育背景知识，不作为个体诊断或治疗决策的依据。

History

在20世纪后期，基因表达被证明远不止受转录控制：发现可变剪接能使单个基因的蛋白质多样化；赫什科（Hershko）和切哈诺弗（Ciechanover）对泛素-蛋白酶体系统进行了表征（这项工作获得了2004年诺贝尔化学奖）；蛋白质磷酸化成为一种主要的调控修饰。基因组规模的调查，如曼宁（Manning）及其同事对人类激酶组的目录（2002年），对RNA结合蛋白的综述，以及微RNA调控的发现，扩展了转录后和翻译后的图景。

Key figures

• Aaron Ciechanover
• Avram Hershko
• Tony Hunter
• David Bartel

Seminal works

• hershko-ciechanover-1998
• manning-2002
• bartel-2009

Frequently asked questions

一个基因如何能产生不止一种蛋白质？

可变剪接可以以不同组合连接基因的外显子，RNA编辑和修饰进一步增加变异性，因此单个基因可以产生几种不同的信使RNA和蛋白质产物。

蛋白质合成后，其活性如何控制？

通过翻译后机制，例如可逆共价修饰（例如磷酸化）、定位变化以及通过泛素-蛋白酶体系统进行的受调控降解。