4.蛋白質(zhì)剪接及蛋白質(zhì)內(nèi)含子進(jìn)化

最近幾年在幾種生物體內(nèi)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)剪接現(xiàn)象。在這種現(xiàn)象中，前體蛋白的某些區(qū)域被切除，剩余部分重新連接起來(lái)，被切除的中間部分稱為“蛋白質(zhì)內(nèi)含子”?？岬仍谘芯拷湍敢号軦TPase的69KD亞基基因V－mal時(shí)發(fā)現(xiàn)，酵母的V－mal（“V”疾?。┗虻拈_放閱讀框的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物首先轉(zhuǎn)譯成一個(gè)119KD的前體蛋白，然后去掉中間一段序列V端和C端首尾相連形成一個(gè)69KD的成熟V－mal蛋白分子。隨后，人們又分別在研究結(jié)核分枝桿菌的RecA基因和嗜熱原核生物的DNA聚合酶基因中發(fā)現(xiàn)類似情形。前者的RecA前體蛋白中含有一個(gè)蛋白質(zhì)內(nèi)含子，后者的DNA聚合酶前體中則含兩個(gè)蛋白質(zhì)內(nèi)含子，它們都是在翻譯后經(jīng)過(guò)蛋白質(zhì)剪接被除去的。

研究表明，這四個(gè)蛋白質(zhì)內(nèi)含子具有三個(gè)特性：①都是核酸內(nèi)切酶，有兩個(gè)十二肽的保守序列，這些保守序列與某些Ⅰ型內(nèi)含子開放閱讀框一致性序列表現(xiàn)相似且密切相關(guān)；②蛋白質(zhì)內(nèi)含子－外顯子接頭處是定點(diǎn)誘發(fā)的靶子；③它類似其他的遺傳元件，是基因調(diào)節(jié)內(nèi)潛在靶子。

普遍認(rèn)為，RNA內(nèi)含子是一種古老的生命現(xiàn)象，那么蛋白質(zhì)內(nèi)含子是如何進(jìn)化而來(lái)的呢？現(xiàn)在看來(lái)似乎是按以下順序進(jìn)化：一段DNA編碼了一種核酸內(nèi)切酶功能，因而可以逐漸傳播到新的基因組位點(diǎn)上，當(dāng)它們擴(kuò)散到非編碼區(qū)域時(shí)，能獨(dú)立表達(dá)，并由宿主基因組作為重組刺激劑而被采納。在此過(guò)程中，它與工程內(nèi)含子形成一種共生關(guān)系。Ⅰ型內(nèi)含子為它提供插入位點(diǎn)，它則幫助Ⅰ型內(nèi)含子穩(wěn)定遺傳上有優(yōu)勢(shì)，并且某些內(nèi)含子開放閱讀框，進(jìn)一步為定居內(nèi)含子的剪接產(chǎn)生正效應(yīng)劑。隨后這段DNA編碼的蛋白質(zhì)除了核酸內(nèi)切酶活性外，又獲得了肽酶或肽轉(zhuǎn)移酶活性，這樣它得以擴(kuò)散到編碼區(qū)。在以后的進(jìn)化歷程中，由于基因突變將影響正常剪接，導(dǎo)致沒有功能的“宿主”蛋白質(zhì)，因而有一種選擇壓力迫使這額外的DNA成分保留下來(lái)。

目前發(fā)現(xiàn)的蛋白質(zhì)內(nèi)含子為數(shù)不多，因而對(duì)它的剪接機(jī)理的研究也不夠深入。已有的實(shí)驗(yàn)表明，酵母V－mal基因和結(jié)核分枝桿菌的RecA基因在大腸桿菌、昆蟲細(xì)胞以及多種體外翻譯系統(tǒng)中，其前體蛋白都能正常剪接。另外，由已發(fā)現(xiàn)的蛋白內(nèi)含子序列證明，蛋白質(zhì)內(nèi)含子本身對(duì)剪接是必要的，而且，蛋白質(zhì)剪接與蛋白質(zhì)內(nèi)含子之外的序列關(guān)系不大。這些都預(yù)示，蛋白質(zhì)剪接可能是一個(gè)自我催化的過(guò)程。