Рибосомное шунтирование — это механизм инициации трансляции , при котором рибосомы обходят или «шунтируют» части 5'-нетранслируемой области , чтобы достичь стартового кодона . Однако преимущество рибосомного шунтирования заключается в том, что оно может транслироваться в обратном направлении, позволяя хранить больше информации, чем обычно, в молекуле мРНК . Было показано, что некоторые вирусные РНК используют рибосомное шунтирование как более эффективную форму трансляции на определенных стадиях жизненного цикла вируса или когда факторы инициации трансляции редки (например, расщепление вирусными протеазами). Некоторые вирусы, которые, как известно, используют этот механизм, включают аденовирус, вирус Сендай, вирус папилломы человека, параретровирус гепатита B уток, вирусы палочковидной рисовой тунгро и вирус мозаики цветной капусты . В этих вирусах рибосома напрямую транслоцируется из восходящего комплекса инициации в стартовый кодон (AUG) без необходимости раскручивать вторичные структуры РНК. [1]
Трансляция РНК 35S вируса мозаики цветной капусты (CaMV) инициируется рибосомным шунтом. [2] РНК 35S CaMV содержит лидерную последовательность длиной ~600 нуклеотидов, которая содержит 7-9 коротких открытых рамок считывания (sORF) в зависимости от штамма. Эта длинная лидерная последовательность имеет потенциал для формирования обширной сложной структуры стебель-петля, которая является ингибирующим элементом для экспрессии следующих ORF. Однако трансляция ORF ниже лидера РНК 35S CaMV обычно наблюдается. [3] Модель шунтирования рибосомы показывает, что при взаимодействии факторов инициации рибосомы начинают сканирование с закрытого 5'-конца и сканируют на коротком расстоянии, пока не попадут на первую sORF. [4] Структура шпильки, образованная лидером, переносит первую длинную ORF в близкую пространственную близость 5'-проксимальной sORF. [5] После прочтения sORF A сканирующая рибосома 80S разбирается на стоп-кодоне, который является местом взятия шунта. Рибосомные субъединицы 40S продолжают объединяться с РНК и обходят сильный структурный элемент стебель-петля, приземляются на акцепторном сайте шунта, возобновляют сканирование и повторно инициируются на первой длинной ORF. 5'-проксимальная sORF A и сама структура стебель-петля являются двумя важными элементами для шунтирования CaMV [5]. sORF с 2-15 кодонами и 5-10 нуклеотидами между стоп-кодоном sORF и основанием структуры стебля оптимальны для шунтирования рибосомы, в то время как минимальная (старт-стоп) ORF не способствует шунтированию. [6]
Процесс шунтирования рибосом был впервые обнаружен в CaMV в 1993 году, а затем был описан в вирусе палочковидной палочки риса тунгро (RTBV) в 1996 году. [7] Механизм шунтирования рибосом в RTBV напоминает таковой в CaMV: он также требует первой короткой ORF, а также последующей сильной вторичной структуры. Обмен консервативными элементами шунта между CaMV и RTBV выявил важность нуклеотидного состава последовательности посадки для эффективного шунтирования, указывая на то, что механизм шунтирования рибосом эволюционно консервативен в параретровирусах растений. [8]
Y-белки вируса Сендай инициируются рибосомным шунтированием. Среди 8 основных продуктов трансляции мРНК P/C вируса Сендай, текучее сканирование отвечает за трансляцию белков C', P и C, в то время как экспрессия белков Y1 и Y2 инициируется через прерывистое сканирование рибосомного шунта. Сканирующий комплекс входит в 5'-кэп и сканирует ~50 нуклеотидов 5'-НТО, а затем переносится на акцепторный сайт в или закрывает кодоны инициации Y. В случае вируса Сендай не требуется никаких специфических последовательностей донорного сайта. [9] [10]
Шунтирование рибосом наблюдается во время экспрессии поздних аденовирусных мРНК. Поздние аденовирусные мРНК содержат 5' трехкомпонентный лидер, высококонсервативный 200-нуклеотидный NTR с 25-44-нуклеотидной неструктурированной 5'-конформацией, за которой следует сложная группа стабильной шпилечной структуры, которая обеспечивает преимущественную трансляцию за счет снижения потребности в eIF-4F (комплекс связывающего кэп белка), который инактивируется аденовирусом, чтобы помешать трансляции клеточного белка. Когда eIF4E в изобилии, субъединица связывается с 5'-кэпом на мРНК, образуя комплекс eIF4, что приводит к шунтированию; однако, когда eIF4E изменяется или дезактивируется во время поздней аденовирусной инфекции теплового шока, трехкомпонентный лидер исключительно и эффективно направляет инициацию путем шунтирования. [11]
В то время как аденовирусу требовалась тирозинкиназа для заражения клеток без нее путем нарушения комплекса кэп-инициации, известного как трехкомпонентный лидер. Он нарушает процесс посредством шунтирования рибосомы, при фосфорилировании тирозина. Существуют два ключевых участка для связывания рибосомы. При трансляции вирусной мРНК и подавлении трансляции при кэпировании процессом шунтирования рибосомы. [12] В случае поздней мРНК аденовируса и мРНК hsp70, вместо распознавания стоп-кодона первой короткой ОРС, приостановка трансляции вызывается сканированием рибосомы с тремя консервативными последовательностями, которые комплементарны 3'-шпильке рибосомальной РНК 18S. [13] Механизм шунтирования рибосомы включает связывание большей субъединицы выше стартового кодона. Затем полимераза может перепрыгнуть, используя связывание белка и силовой ход, чтобы обойти стартовый кодон на кодирующей мРНК. Затем трипат вставляется в родительскую цепь, создавая новый сайт связывания для дальнейшей репликации.