不同构架的5\'端mRNA序列对转录本稳定性和翻译效率的影响

张金鹏; 梅子轮; 任家卫; 张晓梅; 徐国强; 李会; 张晓娟

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不同构架的5\'端mRNA序列对转录本稳定性和翻译效率的影响

首发时间：2024-03-14

张金鹏 ^{1
2}
张金鹏（1998-），男，硕士研究生，合成生物学
梅子轮 ^{1
2} 任家卫 ^{1
2} 张晓梅 ^{3
4} 徐国强 ^{1
2} 李会 ³ 张晓娟 ^{1
2}
张晓娟（1982-），女 ,教授、博导，酿造食品微生物开发与应用，新型工业菌株的基因表达调控元件开发研究

1、江南大学生物工程学院，江苏无锡 214122
2、江南大学粮食发酵与食品生物制造国家工程研究中心，江苏无锡，214122
3、江南大学生命科学与健康工程学院，江苏无锡，214122
4、江苏省生物活性制品加工工程技术研究中心，江苏无锡，214122

摘要：5\'非翻译区(5\'-UTR)和N端编码序列(NCS)通过影响mRNA的降解和翻译，显著影响基因的表达。核糖体对Shine-Dalgarno (SD)序列的识别受到5\'-UTR和NCS结构的影响，表明不同调控区域之间存在相互作用。本研究建立了一个转录后调控序列(576个变体)的合成文库，以评估它们对mRNA降解和翻译的影响。每个序列由5\'-UTR、SD序列和NCS这三个元件组成，每个元件突变体都具有不同的序列和结构。我们使用FlowSeq技术根据荧光强度对转录后调控序列进行分类，然后进行高通量测序。此外，cDNA测序量化了转录本丰度，建立了转录后调控序列与mRNA稳定性之间的关系。我们的研究结果表明，非结构化的5\'- UTR平均提高了47%的蛋白表达，而没有显著影响转录本的丰度；最优的茎环5\'- UTR(茎长10-12 nt，环长4 nt)与非结构化的转录本丰度相比，转录物丰度提高了43%-90%，从而提高了蛋白质产量。高度保守的SD序列提高了转录本丰度和蛋白质产量；非结构化NCS对蛋白质和转录本水平均有积极影响，分别增加42%和27%。这些发现强调了在设计转录后调控序列(PTRCs)以优化基因表达时结构考虑的重要性，强调了关注mRNA稳定性和翻译效率的策略。重要的是，我们还将转录后调控序列的使用扩展到nrk和sam2基因。

关键词： 5\'非翻译区 N端编码序列 SD序列;翻译效率转录本丰度。

For information in English, please click here

The impact of 5\' end mRNA sequences with different architectures on transcript stability and translation efficiency

ZHANG Jinpeng ^{1
2
3}
张金鹏（1998-），男，硕士研究生，合成生物学
MEI Zilun ^{1
2
3} REN Jiawei ^{1
2
3} ZHANG Xiaomei ⁴ XU Guoqiang ^{1
2
3} LI Hui ⁴ ZHANG Xiaojuan ^{1
2}
张晓娟（1982-），女 ,教授、博导，酿造食品微生物开发与应用，新型工业菌株的基因表达调控元件开发研究

1、school of Biotechnology,Jiangnan University,Wuxi 214122
2、National Engineering Research Center for Cereal Fermentation and Food Biomanufacturing,Jiangnan University,Wuxi,Jiangsu,214122,China
3、 Jiangsu Engineering Research Center for Bioactive Products Processing Technology, Jiangnan University, Wuxi, Jiangsu, 214122,China
4、School of Life Science and Health Engineering, Jiangnan University, Wuxi

Abstract：The 5\' untranslated region (5\'-UTR) and the N-terminal coding sequence (NCS) significantly influence gene expression, by affecting mRNA degradation and translation. The ribosome\'s recognition of the Shine-Dalgarno (SD) sequence is influenced by the structures of both the 5\'-UTR and NCS, indicating interactions among various regulatory regions. This study developed a synthetic library of post-transcriptional regulatory sequences (576 variants) to evaluate their effects on mRNA degradation and translation. Each sequence consists of three components, 5\'-UTR, SD sequence and NCS, with different sequences and structures.We classified the post-transcriptional regulatory sequences based on fluorescence intensity using FlowSeq technology,followed by high-throughput sequencing. Additionally, cDNA sequencing quantified transcript abundance, establishing the relationship between post-transcriptional regulatory sequences and mRNA stability. Our results demonstrated that unstructured 5\'-UTRs enhanced protein expression by an average of 47%, without significantly affecting transcript abundance; optimal stem-loop 5\'-UTRs (stem length of 10-12 nt and loop size of 4 nt) primarily increased transcript abundance by 43%-90% compared to unstructured ones, consequently enhancing protein production. Highly conserved RBS boosted both transcript abundance and protein production; unstructured NCSs exhibited a positive effect on both protein and transcript levels, increasing by 42% and 27%, respectively. These findings underscore the importance of structural considerations in designing post-transcriptional regulatory components (PTRCs) to optimize gene expression, highlighting strategies focusing on mRNA stability and translation efficiency. Importantly, we also extended the use of pos-transcriptional regulatory sequences to nrk and sam2 genes.

Keywords： 5\'-UTR NCS SD Translation efficiency Transcript abundance

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张金鹏，梅子轮，任家卫，等. 不同构架的5\'端mRNA序列对转录本稳定性和翻译效率的影响[EB/OL]. 北京：中国科技论文在线 [2024-03-14]. https://www.paper.edu.cn/releasepaper/content/202403-147.

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论文编号	202403-147
论文题目	不同构架的5\'端mRNA序列对转录本稳定性和翻译效率的影响
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