tmRNA 是存在于细菌的一类稳定的小RNA，tmRNA 发现于20世纪80年代，长期以来不被重视，因其同时具备信使RNA和转录RNA的功能而在最近5年中引起了研究者的浓厚兴趣。目前对它的研究重点放在对其结构和功能上.并认为它是细菌体内蛋白质合成中起“质量控制”的物质基础之一。

在细菌的生活周期里,如何保持正确的蛋白质翻译始终是一个大问题,翻译错误可源于基因的转录阶段或翻译阶段.导致的后果是结合mRNA的核糖体由于不能及时地同mRNA分离而“滞留”在mRNA上,不能加入下一次循环,这对核糖体资源有限的细菌来说,是十分不利的,而翻译错误的几率在细菌应激状态下明显升高。

tmRNA的功能有(1)：将“滞留”在mRNA上的核糖体解脱下来.(2):将一段信号肽加在有缺陷的蛋白质C末端,使其有效的水解。

tmRNA结构

目前关于结构的了解均来自生物学种系比较,化学修饰,因此均是推测性的.直接证据有赖于tmRNA的晶体结构研究。

tmRNA的5’和3’末端构成tRNA样区域, 3’末端有CCA保守序列和G:U碱基对.tmRNA 样区域同样有结合茎,T臂,D环。和典型t RNA不同的是它没有反密码茎环结构，而是同tmRNA 其余部分前后相连。另一重要区域是mRNA区域,内含一段开放阅读框，负责编码长10/15aa的信号肽，后面是位于发夹结构中的终止密码子。两个区域之间有4个假结状结构，也有5个和仅有1个的报导。

tRNA样区域的结构类似典型tRNA 的四叶草结构，其折叠方式类似于t RNA。其结构的维持与D和T环之间的相互作用有关。虽然t RNA样区域没有密码子—反密码子复合体以供核糖体A位识别，有证据表明tmRNA自身或与其结合的蛋白质具有类似核糖体A位识别功能。t RNA样区域周围有高度保守的碱基序列。据认为对tmRNA的空间构像和功能有重要作用，同时tRNA样区域同其mRNA区域也存在着相互作用，两者之间的功能应该有相互联系。

四个假结状结构中，离tRNA样区域最近的PK1区域被认为对维持tmRNA功能有关，其余3个假结状结构似乎作用不大。假结状结构对维持空间构象的作用，值得进一步研究。PK2区域在某些细菌中有亚结构存在，该亚结构可能与t RNA样区域和mRNA区域的相互作用有关。

tmRNA的作用模型

目前的模型是由Karzai et al 提出的，基本得到同行的公认，但其细节并未完全证明。

细菌中蛋白质翻译过程的结束，有赖于转录子的完整性。如在转录过程中由于某种蛋白质因子结合在某基因的操纵子区域而影响了转录子的完整性，或是转录子在转录后加工过程中被不恰当地切断，都有可能使在翻译中的mRNA序列缺失终止密码子。而终止密码子的存在是多肽释放因子被吸引到核糖体附近并发挥作用的必备条件，设想一下当核糖体移动到这条不完整的mRNA的3‘端时会出

现怎样的情况：核糖体不能与mRNA脱离，P位的不完整蛋白质亦不能及时释放，而核糖体的滞留同不完整蛋白质的最终释放一样，都可能对细菌产生不利影响。

该模型认为，3‘携有丙氨酸的tmRNA通过尚未被证实的机制来识别滞留的核糖体，并进入核糖体的A位，通过转肽反应，将丙氨酸同滞留在P位的蛋白质相连接，随后tmRNA进入P位，此时，核糖体将从mRNA脱离下来，转而结合在tmRNA的mRNA区域，并开始翻译一段10aa的信号肽，信号肽连接在刚翻译的多肽C末端，由ORF提供终止密码子。该序列氨基酸在细菌中高度保守，其序列为AANDENYALAA.该信号肽被水解蛋白识别，随后该融合蛋白被水解蛋白彻底破坏。

该模型在使用外源性或人工合成的不完整mRNA上得到证实。 在少数内源性mRNA上亦支持此模型[10]，将信号肽的最后两个氨基酸改变为DD，蛋白质中同样会出现携带有DD十肽，只是不被蛋白水解酶识别。同样，改变CCA-端接合的丙氨酸为组氨酸，或将对氨酰化有重大影响的G: U 摆动对加以改造，均直接影响到tmRNA的两大功能。

目前描述tmRNA的模型是基于缺失终止密码子上的，但在正常生理情况下，相当多的正常mRNA翻译出的蛋白质中有少部分C末端连接上了一段十肽，说明触发tmRNA活化的机制并非那么简单。现将近来研究中发现的几种情况列出。

1.终止子与稀少的精氨酸密码引发的tmRNA系统活化

对大肠杆菌核糖激酶的研究发现，正常核糖激酶完整mRNA的翻译产物也有被加上十肽信号肽的现象。尽管只有翻译产物的一小部分，而且连接部位位于核糖激酶C末端的3个氨基位置，Arg-307,Arg309,UGA。其中Arg-307,Arg309由AGG编码, AGG编码精氨酸不常见，相应的tmRNA十分稀少，同时UGA作为终止子在大肠杆菌中的效率不高。它们可能使翻译效率在以上位置下降，致使核糖体在这些位置停留时间相对较长，导致tmRNA系统活化。

2.信号肽连接到具有完整功能的蛋白产物的C末端，其发生机理与终止子的效率不高及序列下游阅读框的干扰有关。

3.基因断裂

细菌的一些不太重要的基因经常发生被转座子插入，该基因完整性消失，导致蛋白产物不完整，被tmRNA识别。

4.Lac操纵子被Lac抑制子（LacI）所结合，导致LacI的DNA形成特殊结构，使mRNA转录子不完整，导致tmRNA活化。

5.被有害的翻译通续激活

正常终止密码可以被抑制型tmRNA通续，即可以翻译出一个氨基酸来。同时翻译产物通常被延伸，这种产物有时是有害的，可被tmRNA识别。 生物学意义

一般来说有两个：1.将无论什么原因导致的滞留核糖体从mRNA上释放出来，使其加入到下一轮蛋白质的合成。2.将不完整的/或完整的蛋白产物加上信号肽，使其彻底水解。目前认为后一种功能的生物学意义不大，只是对某些基因的表达起微调的作用。

目前证明tmRNA的存在对于淋球菌、肺炎链球菌是必须的，而对于大肠杆菌等不是必需的，已证明大肠杆菌存在一种代谢途径，作用同tmRNA相仿。现在认为tmRNA对淋球菌来说是必须的，而对大肠杆菌来说不是必须的原因为：细菌内的核糖体最终是由rRNA转录水平调控的，因此，rRNA操纵子（rrn）的数目可能影响细菌对可利用的自由核糖体的减少的反应。淋球菌有4个rrn操纵子，而大肠杆菌有7个，枯草杆菌有10个，淋球菌因rrn操纵子较少，而更多的依赖核糖体的再循环以维持蛋白质的合成，同时，淋球菌的核糖体滞留现象可能较大肠杆菌严重。

大肠杆菌的tmRNA缺失株表现出在高温下生长停滞，动力下降，对碳缺乏不能耐受，某种未知的蛋白水解酶的活性增强，杂交immP22噬菌体不能生存，不能诱导出温度敏感Mu噬菌体溶素原。某些细菌的tmRNA缺失株表现出对蛋白合成抑制剂的敏感度提高， 对Mu噬菌体的抑制进行调节， 大肠杆菌K-12的不同基因的温度敏感变异菌株的生物型可被tmRNA基因抑制。tmRNA对应激环境中枯草杆菌的生存是必需的。近年来此类研究中最经典的一个例子是关于Lac抑制子对Lac操纵子的作用被tmRNA所调控的情况。 以上作用可能与tmRNA介导的的核糖体释放有关，而同其介导的蛋白质水解作用关系不大。

目前，唯一被证实为细菌体内tmRNA的自然底物的mRNA是lacⅠ（乳糖抑制子）。实验发现tmRNA能识别不完整的LacⅠ mRNA,标记并最终水解不完整的LacⅠ蛋白，这一过程有助于细菌通过快速诱导乳糖操纵子，进而对周围环境中乳糖的供应量作出适应性反应。这一实验是目前与理论模型最相吻和的一个例子：LacⅠ与lac DNA的01和03两部份同时结合，使lac DNA形成一个局部茎环状结构，导致不恰当的转录，形成不完整的lacⅠ mRNA,并被tmRNA所识别。在这里，标记和最终水解不完整的LacⅠ蛋白同释放核糖体似乎是同样重要的。

但更多的证据表明，释放核糖体是tmRNA更为重要的功能。Jeffrey Withey 发现水解不完整蛋白质对维持噬菌体在大肠杆菌内生长并不重要。其他作者的观点也支持这一看法。

tmRNA对于肠炎沙门氏菌的毒力表达是必须的，同时发现tmRNA变异株不能维持P22噬菌体的生长，并延迟P22溶素原的诱导，还有可能是沙门氏菌的某段序列的附着点。

缺失了tmRNA的Synechocystis 对氯霉素，林可霉素，大观霉素，螺旋霉素，红霉素等蛋白质抑制剂表现出了高度的敏感性，而对非蛋白质抑制剂如氨苄西林的敏感性并不改变。缺失株对亚致死剂量的氯霉素表现出对蛋白质合成的全面抑制。

以上研究均认为，tmRNA的主要作用在于释放滞留的核糖体而不在于蛋白质的水解，大部分tmRNA变异株表现出的生物学变化可由核糖体的释放得出解释。

随着研究的深入，人们倾向于认为tmRNA的作用是细菌的正常生理过程，而并不一定只是在应激状态下出现。已发现大肠生理情况下大肠杆菌体内被tmRNA系统识别的蛋白质有LacⅠ抑制子，lambda cⅠ抑制子,YbeL,GalE,RbsK,SlyD-kan(R)融合蛋白。可以相信的是，对任意一种蛋白质的翻译都有可能会出现核糖体在处理某个密码子时出现翻译效率下降的情况，导致在该密码子上的停留时间相对延长。这时，延长信号通过未知途径转给tmRNA，tmRNA的作用可以理解为取消此次翻译，并水解其产物，随着对天然的tmRNA底物的认识进一步深入，更为精确的tmRNA作用机制将会出现。

同tmRNA相关的蛋白质因子

tmRNA的产生、加工、储存、结合到mRNA及核糖体均需要有关的蛋白质因子：

丙酰氨tRNA合成酶、延长因子EF-TU、 GTP,核糖体蛋白质S1，PrsA,RnaseR,YfbG.

核糖体蛋白质S1:S1同假结状结构PK2,PK3,PK3-PK4结合部相结合，但主要的结合部位在PK1， 体外试验中，当S1被清除后，tmRNA不能同核糖体结合。S1存在与大多数细菌中，并与选择翻译启始点有关。

RnaseR:是RnaseII家族的一员[30]，由3’-5’外切酶区域和一个S1样区域，具体生化性质不详，推测与被tmRNA代替的mRNA的降解有关。

PrsA:是一种与核苷酸从头合成有关的酶 ，同SsrA结合位点，作用均不清楚。

SAF: 由yfbG基因编码，功能不详。

SmpB:由160个氨基酸残基组成，与所有已知的tmRNA的功能有关，同tmRNA特异性紧密结合，有时称为tmRNA-smpB复合体，smpB能增强tmRNA接受丙氨酸的能力，smpB同tmRNA一起,在翻译组份存在的条件下足以完成转录-翻译过程，在smpB缺失的条件下，tmRNA不能进入A位。

EF-TU-GTP复合体:同tmRNA结合起到保护丙氨酰化tmRNA酯键的功能。

总结

tmRNA的生物学意义主要是同蛋白质质量控制有关，表现形式多种多样。对细菌体内tmRNA作用的天然mRNA及其蛋白质产物的详细了解，有助于确定tmRNA在细菌蛋白质合成过程中的地位。