无义介导的 mRNA 衰减的 UPF3A 调节剂

无义介导的衰变（NMD） 是一种降解具有提前终止密码子的转录物的机制，该密码子由转录或剪接错误、突变基因或受 NMD 生理调节的基因引起。UPF3A 和 UPF3B（ 300298 ） 是促进 NMD 和调节翻译效率的外显子连接复合物的组成部分（Kunz 等人的总结，2006 年）。

▼ 克隆与表达

通过在序列数据库中搜索酵母 Upf2 和 Upf3 基因的同源物，然后进行 RT-PCR，Lykke-Andersen 等人（2000）分离出编码 3 种人类蛋白质的 cDNA，他们将其命名为 UPF2（ 605529 ）、UPF3A 和 UPF3B。预测的 UPF2、UPF3A 和 UPF3B 蛋白分别包含 1,272、476 和 470 个氨基酸。

Serin 等人使用比较基因组学和 RACE（2001）分离出编码 2 个 UPF3A 剪接变体的 cDNA，他们将其称为 UPF3 和 UPF3-δ。UPF3 编码推导出的 452 个氨基酸的蛋白质，计算出的分子量为 52 kD。它包含一个假定的 N 端核输出信号，然后是一个假定的 UPF2 相互作用域、几个核定位信号和一个长的酸性/碱性域。UPF3-δ 缺少外显子 4，编码推导出的 419 个氨基酸的蛋白质，计算出的分子量为 49 kD。与全长 UPF3 相比，UPF3-δ 在 UPF2 相互作用域内缺少 33 个氨基酸。Northern印迹分析揭示了HeLa细胞中2.1-和2.4-kb转录物的表达。RT-PCR 在所有检查的组织中检测到两种变体的不同表达，睾丸中的表达最高，其次是胎儿大脑和脊髓。

昆兹等人（2006）将保留或跳过外显子 4 的 UPF3A 变体分别称为 UPF3AL 和 UPF3AS。UPF3AL 异构体有一个大的 N 末端区域，其中包含一个 UPF2 结合位点和一个 RNA 识别基序（RRM），而 UPF3AS 异构体缺少该区域的一部分。

▼ 基因功能

Lykke-Andersen 等人（2000）发现 UPF2、UPF3A 和 UPF3B在 HeLa 细胞提取物中与 UPF1（RENT1； 601430 ）复合。在完整细胞中，发现UPF3A和UPF3B是核质穿梭蛋白，而UPF2是核周蛋白，UPF1是细胞质蛋白。UPF3A 和 UPF3B 在体内与剪接的 β-珠蛋白（ 141900 ） mRNA 选择性相关，并且任何 UPF 蛋白与 β-珠蛋白 mRNA 的 3 素非翻译区的束缚会引发 NMD。这些数据表明，动态人 UPF 复合物的组装在 mRNA 外显子-外显子连接处的细胞核中开始，并在翻译终止位点下游被识别时触发细胞质中的 NMD。

通过核质组分的免疫沉淀和免疫印迹分析，Kim 等人（2001）表明 UPF3A 和 UPF3B 以抗 RNase 的方式与 Y14（RBM8A; 605313 ） 以及 mRNA 输出因子 ALY（ 604171 ） 和 TAP（NXF1; 602647 ） 相关，在 mRNA-蛋白质复合物中。UPF3 蛋白似乎在外显子-外显子连接的上游立即结合。金等人（2001）得出结论，UPF3 蛋白通过募集 mRNA 输出蛋白来促进剪接 mRNA 的输出。他们提出 UPF3 在 NMD 中发挥作用并与 mRNA 一起进入细胞质，其中一个领先的翻译核糖体将 UPF3-Y14 复合物从 mRNA 中置换出来。

通过对转染的 HeLa 细胞进行免疫沉淀分析，Serin 等人（2001）表明 UPF3 和 UPF3-δ 都与 UPF2 相互作用。

使用报告基因测定来量化针对 NMD 的 mRNA 稳定性，Kunz 等人（2006）表明 UPF3B 引起 NMD，而 UPF3AL 和 UPF3AS 仅具有较弱的 NMD 活性。突变分析表明，UPF3A 和 UPF3B 的 C 末端主要负责 NMD 活动。UPF3B 的 NMD 活性升高是由于 arg419 的存在，它在 UPF3A 中缺乏。免疫沉淀分析显示 NMD 活性还需要 UPF3AL、UPF3AS 或 UPF3B 与 Magoh（602603 ）的相互作用，而不是与 UPF2 的相互作用。所有显示至少部分 NMD 活性的 UPF3 亚型均与 Magoh 以及 EIF4AIII（EIF4A3; 608546 ） 和 BTZ（CASCS; 606504 ） 共沉淀）。UPF3AS、UPF3AL，以及更有效的 UPF3B 也刺激了报告基因的翻译，这种刺激与它们的 C 端结构域或与 Magoh、EIF4AIII 或 BTZ 的相互作用无关。删除 N 端 RRM 结构域，包括 UPF2 相互作用位点，显着降低了 UPF3B 的翻译活性。

在来自 3 名患有 X 连锁智力低下（MRXS14; 300676 ） 和 UPF3B 基因突变（例如，300298.0001 ） 的个体的淋巴母细胞样细胞中，导致无法检测到全长 UPF3B 蛋白，Chan 等人（2009）观察到 UPF3AL 蛋白的上调，但不是 UPF3AL mRNA。在患者淋巴母细胞或通过短发夹 RNA 耗尽 UPF3B 的 HeLa 细胞中未检测到 UPF3AS 表达。Chan 等人使用 HeLa 和小鼠 LM-TK 细胞的过表达和敲低研究（2009）发现UPF3AL和UPF3B竞争结合UPF2，UPF3B对UPF2表现出更高的结合亲和力。在没有 UPF3B 的情况下，UPF2 结合并稳定了 UPF3AL 以防止蛋白水解降解。微阵列分析确定了 44 个转录本，其中大多数显示出 NMD 诱导特征，这些转录本在 UPF3A 和 UPF3B 耗尽时显着上调，但不响应 UPF3A 或 UPF3B 单独耗尽，表明功能冗余。

马等人（2019）使用斑马鱼敲除和敲除 capn3a（见114240）和 nid1a（见131390）基因的模型来表明带有提前终止密码子（PTC） 的 mRNA 会迅速触发涉及 Upf3a 和指南针复杂。与具有小肝脏的 capn3a-knockdown 胚胎和具有较短体长的 nid1a-knockdown 胚胎不同，capn3a-null 和 nid1a-null 突变体看起来正常。这些表型差异归因于同一家族中其他基因的上调。通过分析 6 个独特设计的转基因，Ma 等人（2019）证明 GCR 取决于 PTC 的存在和转基因 mRNA 的核苷酸序列，这与补偿性内源基因同源。马等人（2019）表明 upf3a 和 COMPASS 复合物的成分，包括 wdr5（ 609012 ），在 GCR 中起作用，并证明 GCR 伴随着代偿性转录起始位点区域的组蛋白 H3 lys4 三甲基化（H3K4me3） 的增强基因。马等人（2019）得出的结论是，他们的发现为 GCR 提供了潜在的机制基础，并表明它们可能有助于开发治疗策略，通过在突变基因中产生 PTC 或引入含有 PTC 的转基因来治疗与遗传疾病相关的错义突变触发 GCR。在随附的评论中，威尔金森（Wilkinson）（2019）将上调反应称为“无意义诱导的转录补偿”（NITC）。

▼ 测绘

Gross（2011）根据 UPF3A 序列（GenBank AF318575 ） 与基因组序列（GRCh37） 的比对，将 UPF3A 基因对应到染色体 13q34。