人AXIIR表达翻译调控的uORF-核蛋白联合作用新模式的探索

We found that upstream open reading frames (uORFs) in human AXIIR 5' untranslated region collaborated with multiple nuclear proteins to regulate AXIIR protein translation. This is the first discovery of such a new regulation model of protein expression in mammal. We plan to use in vitro transcription and translation systems, human multiple myeloma cell lines and primary myeloma cells whose AXIIR protein level differs greatly, to investigate this model. The components of the nuclear protein complex that collaborates with the uORFs will be determined by RNA-binding protein pulldown, Co-immunoprecipitation and protein mass spectrometry analysis. EMSA, RIP, RNAi, ribosome footprinting and nucleic acid sequence mutagenesis will be applied to investigate the interaction between the components and AXIIR 5'UTR, as well as the mechanism of uORF-nuclear protein collaboration. Whether such model of uORF-nuclear protein collaboratively regulating protein translation is universal in mammals will be evaluated by RIP and bioinformatics analysis. The pathological significance of this regulation model will also be analyzed with the help of the clinical data from multiple myeloma patients. Our results will elucidate this new uORF-nuclear protein collaborative model regulating human AXIIR protein translation and its pathological significance, may open up new research field of gene expression regulation in higher organisms, and will show great significance in searching new drug targets for treatment of multiple myeloma.

我们发现人AXIIR mRNA 5'非翻译区的上游可读框uORF与多个核蛋白联合作用调控AXIIR蛋白翻译，这是在哺乳动物中首次发现这种翻译调控新模式。我们拟用体外转录和翻译系统，并在AXIIR蛋白水平差异大的多发性骨髓瘤细胞系和患者原代瘤细胞上，用pulldown技术、Co-IP和蛋白质谱分析法确定与uORF联合作用的核蛋白复合物的组成；用EMSA、RIP、RNAi、核糖体印迹技术、核酸序列突变等研究各核蛋白间及其与AXIIR 5'UTR的相互作用以及uORF-核蛋白联合作用机制；用RIP、生物信息学分析等探索此uORF-核蛋白联合调控翻译的模式在哺乳动物中是否具有普遍性；结合临床资料研究此调控模式在多发性骨髓瘤中的病理作用。将阐明人AXIIR表达翻译调控的uORF-核蛋白联合作用新模式及其病理意义，有可能开辟高等生物基因表达调控研究的新领域，并对寻找多发性骨髓瘤新药物靶点具有重要意义。

在本项目之前，仅有一篇发表于2011年Cell杂志上的文献报道了蛋白与uORF协同作用调控翻译，但这是在果蝇上发现的一种蛋白和一个uORF的协同作用，尚不知道这种翻译调控机制是否存在于高等生物。RNA结合蛋白ELAVL1、hnRNPA0及hnRNPA2B1的已知作用机制是结合于mRNA的3’UTR，调控mRNA的稳定性。关于AXIIR的文献报道均集中于其功能，而关于AXIIR的基因表达调控尚无任何文献报道。..本项目的研究成果主要有以下创新点：（1）首次在高等生物中发现蛋白与uORF协同作用调控翻译。（2）首次发现由多个uORF和多个反式作用蛋白共同组成的抑制翻译的多重保险调控系统。（3）发现RNA结合蛋白ELAVL1、hnRNPA0及hnRNPA2B1调控基因表达的新机制。（4）首次阐明了AXIIR的基因表达调控机制。我们的以上研究结果已发表于SCI 杂志Nucleic Acids Res（IF=9.202）上（2016年，DOI号：10.1093/nar/gkw991）。我们的研究成果为进一步深入研究高等生物的翻译调控机制、为扩展RNA结合蛋白的功能研究、为AXIIR功能的深入研究都奠定了基础，开辟了新的方向。