蛋白质剪接及蛋白质内含子进化

4.蛋白质剪接及蛋白质内含子进化

最近几年在几种生物体内陆续发现蛋白质剪接现象。在这种现象中，前体蛋白的某些区域被切除，剩余部分重新连接起来，被切除的中间部分称为“蛋白质内含子”。卡尼等在研究酵母液泡ATPase的69KD亚基基因V－mal时发现，酵母的V－mal（“V”疾病）基因的开放阅读框的转录产物首先转译成一个119KD的前体蛋白，然后去掉中间一段序列V端和C端首尾相连形成一个69KD的成熟V－mal蛋白分子。随后，人们又分别在研究结核分枝杆菌的RecA基因和嗜热原核生物的DNA聚合酶基因中发现类似情形。前者的RecA前体蛋白中含有一个蛋白质内含子，后者的DNA聚合酶前体中则含两个蛋白质内含子，它们都是在翻译后经过蛋白质剪接被除去的。

研究表明，这四个蛋白质内含子具有三个特性：①都是核酸内切酶，有两个十二肽的保守序列，这些保守序列与某些Ⅰ型内含子开放阅读框一致性序列表现相似且密切相关；②蛋白质内含子－外显子接头处是定点诱发的靶子；③它类似其他的遗传元件，是基因调节内潜在靶子。

普遍认为，RNA内含子是一种古老的生命现象，那么蛋白质内含子是如何进化而来的呢？现在看来似乎是按以下顺序进化：一段DNA编码了一种核酸内切酶功能，因而可以逐渐传播到新的基因组位点上，当它们扩散到非编码区域时，能独立表达，并由宿主基因组作为重组刺激剂而被采纳。在此过程中，它与工程内含子形成一种共生关系。Ⅰ型内含子为它提供插入位点，它则帮助Ⅰ型内含子稳定遗传上有优势，并且某些内含子开放阅读框，进一步为定居内含子的剪接产生正效应剂。随后这段DNA编码的蛋白质除了核酸内切酶活性外，又获得了肽酶或肽转移酶活性，这样它得以扩散到编码区。在以后的进化历程中，由于基因突变将影响正常剪接，导致没有功能的“宿主”蛋白质，因而有一种选择压力迫使这额外的DNA成分保留下来。

目前发现的蛋白质内含子为数不多，因而对它的剪接机理的研究也不够深入。已有的实验表明，酵母V－mal基因和结核分枝杆菌的RecA基因在大肠杆菌、昆虫细胞以及多种体外翻译系统中，其前体蛋白都能正常剪接。另外，由已发现的蛋白内含子序列证明，蛋白质内含子本身对剪接是必要的，而且，蛋白质剪接与蛋白质内含子之外的序列关系不大。这些都预示，蛋白质剪接可能是一个自我催化的过程。