stringtranslate.com

EIF4A1

Фактор инициации эукариот 4A-I (также известный как eIF4A1 или DDX2A) представляет собой цитозольный белок массой 46 кДа , который у человека кодируется геном EIF4A1 , расположенным на хромосоме 17. [5] [6] [7] наиболее распространенный член семейства eIF4A АТФ - зависимых РНК -хеликаз и играет решающую роль в инициации кэп-зависимой трансляции эукариотических белков в качестве компонента комплекса инициации трансляции eIF4F . [8] eIF4A1 раскручивает вторичную структуру РНК внутри 5'-UTR мРНК , что является критическим шагом, необходимым для рекрутирования преинициативного комплекса 43S и, следовательно, трансляции белка у эукариот . [8] Впервые он был охарактеризован в 1982 году Grifo et al. , который выделил его из лизата ретикулоцитов кролика . [9]

Фон

Регуляция трансляции транскриптов мРНК в белок является одним из лучших способов, с помощью которых клетка может изменить свою реакцию на окружающую среду, поскольку изменения в транскрипции генов часто требуют значительно больше времени. Трансляцию белка можно разделить на четыре фазы: активацию, инициацию, элонгацию и терминацию. Из этих шагов инициация — это тот, который клетки имеют наибольший контроль. Это этап, ограничивающий скорость синтеза белка, контролируемый множеством белков, известных как эукариотические факторы инициации , или eIF. Относительное обилие этих факторов или их относительная индивидуальная активность обеспечивают эукариотическим клеткам широкий контроль над скоростью инициации и, следовательно, синтеза белка. eIFs регулируются с помощью хорошо известных внутриклеточных сигнальных путей, таких как путь PI3K/AKT/mTOR , однако в ходе дальнейших исследований становятся очевидными другие биохимические уровни регуляции, такие как сложность вторичной структуры РНК в 5'-UTR. [8]

Примеры вторичной структуры РНК

Подсемейство eIF4A у млекопитающих состоит из трех паралогов : eIF4A1, eIF4A2 и eIF4A3 . [10] eIF4A1 и eIF4A2 имеют сходство последовательностей на 90% и оба являются цитоплазматическими белками, тогда как eIF4A3 локализован в ядре и имеет только 60% гомологии . [10] Исторически eIF4A1 и eIF4A2 считались взаимозаменяемыми, поскольку это наблюдалось в экспериментах in vitro , но дальнейшие исследования показали, что eIF4A1 более распространен в делящихся клетках, тогда как eIF4A2 более распространен в неделящихся клетках, и, кроме того, более недавние данные свидетельствуют о том, что они могут иметь функционально различные роли in vivo . [8] [10]

Состав

eIF4A1 является членом семейства РНК-хеликаз DEAD-бокса . [11] РНК-хеликазы — это ферменты, которые используют энергию, выделяемую при гидролизе АТФ, для управления вторичной структурой РНК, а семейство DEAD-боксов — самое большое семейство РНК-хеликаз. [11] Название «DEAD-бокс» относится к ключевой аминокислотной последовательности DEAD на мотиве II геликазы, которая участвует в связывании нуклеозидтрифосфата (в случае eIF4A1, АТФ ). Другими консервативными мотивами , общими для всех белков семейства eIF4A, являются мотивы Q, I, Ia, Ib, III, IV, V и VI. Мотивы Ia, Ib, IV и V связывают РНК, мотивы I, II и III опосредуют РНК-зависимую активность АТФазы , а мотив VI необходим как для связывания РНК, так и для гидролиза АТФ. [10]

Общая первичная структура белков подсемейства eIF4A. Мотивы консервативной последовательности представлены цветными сегментами с их названиями, указанными выше. Обратите внимание, что мотивы I и II также известны как мотивы Walker Box A и Walker Box B соответственно. Мотив II, изображенный синим цветом, — это местонахождение МЕРТВОГО ящика. [10] [12]

Семейство DEAD-боксов отличается структурно высококонсервативным ядром геликазы, состоящим из двух RecA -подобных доменов, соединенных гибкой шарнирной областью, вокруг которой белок может открываться и закрываться при гидролизе АТФ. [13] [10] [14] Щель, образующаяся между этими двумя доменами, образует АТФ-связывающий карман. [11] Молекула РНК связывается напротив этого связывающего кармана, простираясь поперек каждого из доменов. [11] Это ядро ​​окружено вариабельными вспомогательными доменами, которые придают им уникальную функцию каждой РНК-хеликазы, частично за счет специфического связывания с вспомогательными белками. [11]

Функция

eIF4A1 представляет собой АТФ-зависимую РНК-хеликазу [15] , однако точная природа ее зависимости от АТФ в ее функции все еще дискутируется. [10] Хотя после связывания АТФ последующий гидролиз вызывает конформационные изменения в eIF4A1, было показано, что другие РНК-хеликазы DEAD-бокса обладают хеликазной активностью в присутствии негидролизуемых аналогов АТФ, что позволяет предположить, что связывание, а не гидролиз, является более важный элемент регулирования деятельности. [10]

eIF4A1 является компонентом комплекса инициации трансляции eIF4F, наряду с eIF4E , 5'-концевым кэп- связывающим белком, и eIF4G , каркасным белком, который удерживает eIF4A и eIF4E вместе. [10] Комплекс eIF4F часто сопровождается дополнительными белками eIF4B и eIF4H , каждый из которых может дифференциально усиливать активность eIF4A1. После того, как мРНК транскрибируется с ДНК и транслоцируется в цитоплазму, а цитозольный PABP связывается с Poly(A)-хвостом образующейся мРНК, ее 5'-кэп будет связываться с eIF4E, а PABP будет связываться с eIF4G. [8] eIF4A1 затем раскручивает вторичную структуру РНК с 5' на 3', поскольку 43S PIC рекрутируется в комплекс eIF4F. [8] 43S PIC также будет сканировать раскрученную мРНК от 5' до 3', пока она не достигнет стартового кодона AUG , после чего субъединица рибосомы 60S будет задействована, чтобы начать процесс элонгации. [8]

(А) Связывание мРНК с комплексом eIF4F. Обратите внимание, что eIF4B и eIF4H также могут связываться с eIF4A1, стимулируя его активность.
(B) eIF4A1 раскручивает вторичную структуру мРНК и рекрутирует 43S PIC.
(C) Субъединица рибосомы 40S сканирует 5'-UTR транскрипта мРНК в поисках стартового кодона.
(D) Рекрутирование рибосомальной субъединицы 60S и начало элонгации.

Регулирование

Транскрипция eIF4A1 управляется транскрипционным фактором MYC . [8] Сама по себе хеликазная активность eIF4A1 низкая, однако эта особенность накладывает практические ограничения на eIF4A1, поскольку неспецифическая, «непреднамеренная» хеликазная активность в клетке может нанести ущерб функции определенных эндогенных, необходимых структур РНК. . [10] Его эффективность значительно повышается в присутствии eIF4B и eIF4H, партнеров по связыванию, которые модулируют его активность. Когда eIF4B связывается с eIF4A1, хеликазная активность eIF4A1 увеличивается более чем в 100 раз, но когда вместо этого связывается eIF4H, увеличение не столь велико, что позволяет предположить, что различные относительные концентрации этих вспомогательных белков могут обеспечивать дополнительный уровень регуляции эффективности. eIF4A1. [10]

И наоборот, активность eIF4A1 подавляется, когда он связан с PDCD4 , супрессором опухоли , который сам модулируется mTOR и miR-21 . [8] PCDC4 обычно локализуется в ядре здоровых клеток, однако в канцерогенных условиях он перемещается в ядро, и две отдельные молекулы eIF4A1 связываются с ним, подавляя способность eIF4A1 связываться с РНК, блокируя молекулы в их неактивную конформацию, тем самым предотвращая связывание с eIF4G. [16] [11]

Роль в болезни

Рак

Трансляционная дисрегуляция является признаком злокачественной трансформации раковых клеток . Раковые клетки в растущих опухолях становятся «зависимыми» от повышенного уровня трансляции белков и особенно зависят от регулируемой трансляции проонкогенных мРНК. Эти проонкогенные мРНК характерно имеют более длинные 5'-UTR с более сложными вторичными структурами, а повышенная регуляция eIF4A1 вовлечена в несколько видов рака человека (см. Таблицу). [8] [17] [18] Учитывая общую тенденцию к гиперэкспрессии eIF4A1, вызывающей рак, существует интерес к разработке ингибиторов этого фермента. Несколько природных соединений были идентифицированы как кандидаты в ингибиторы развития, хотя они неспецифически ингибируют как eIF4A1, так и eIF4A2. [8] К ним относятся , среди прочего, гиппуристанол , сильвестрол и патеамин А. [8] Сильвестрол, в частности, является производным рокаглата, и этот класс соединений может быть жизнеспособным ингибитором eIF4A. [19]

Предполагаемые ингибиторы eIF4A

Вирусные инфекции

Вирусы полагаются на захват клеточного механизма клеток, которые они заражают, чтобы создать свои собственные вирусные белки и позволить им продолжать заражать новые клетки. Таким образом, их способность манипулировать eIF, такими как eIF4A1, значительно влияет на их вирулентность . Например, цитомегаловирус использует eIF4A для управления синтезом белка. Вирусный белок pUL69 стабилизирует образование eIF4F посредством связывания с eIF4A, процесса, посредством которого eIF4E предотвращается диссоциация от комплекса eIF4F. [14] Таким образом, eIF4E больше не может быть секвестрирован своим негативным регулятором 4EBP . [14] Кроме того, цитомегаловирус стимулирует синтез всех элементов комплекса eIF4F, чтобы стимулировать синтез белка. [14] Другие вирусы, такие как Cotesia plutellae bracovirus (CpBV), которые способствуют кэп-независимой трансляции, будут использовать преимущества eIF4A1 в обратном контексте, изолируя eIF4A1 от комплекса eIF4F с партнерами по связыванию вируса, в данном случае белком, называемым CpBV15β, тем самым ингибируя эндогенную кэп-зависимую трансляцию мРНК и способствуя трансляции вирусных белков. [14] Соединения, упомянутые в разделе о раке выше, гиппуристанол, сильвестрол, патеамин А, производные рокаглата и т. д., также могут применяться в качестве предполагаемых вирусных ингибиторов. [8] [19]

Рекомендации

  1. ^ abc GRCh38: выпуск Ensembl 89: ENSG00000161960 - Ensembl , май 2017 г.
  2. ^ abc GRCm38: выпуск Ensembl 89: ENSMUSG00000059796 - Ensembl , май 2017 г.
  3. ^ "Ссылка на Human PubMed:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
  4. ^ "Ссылка на Mouse PubMed:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
  5. ^ Ким Н.С., Като Т., Абэ Н., Като С. (апрель 1993 г.). «Нуклеотидная последовательность кДНК человека, кодирующая фактор инициации эукариот 4AI». Исследования нуклеиновых кислот . 21 (8): 2012. doi :10.1093/nar/21.8.2012. ПМК 309447 . ПМИД  8493113. 
  6. ^ Джонс Э., Куинн С.М., см. CG, Монтгомери Д.С., Форд М.Дж., Кёльбле К. и др. (октябрь 1998 г.). «Связанные гены человеческого фактора инициации элонгации 4A1 (EIF4A1) и CD68 картируются на хромосоме 17p13». Геномика . 53 (2): 248–50. дои : 10.1006/geno.1998.5515. ПМИД  9790779.
  7. ^ «Ген Энтрез: эукариотический фактор инициации трансляции EIF4A1 4A, изоформа 1» .
  8. ^ abcdefghijklmnopq Раза Ф, Уолдрон Дж. А., Кен Дж. Л. (декабрь 2015 г.). «Нарушение регуляции трансляции при раке: изоформы eIF4A и детерминанты последовательности зависимости eIF4A». Труды Биохимического общества . 43 (6): 1227–33. дои : 10.1042/BST20150163. ПМИД  26614665.
  9. ^ Грифо Дж.А., Тахара С.М., Лейс Дж.П., Морган М.А., Шаткин А.Дж., Меррик В.К. (май 1982 г.). «Характеристика эукариотического фактора инициации 4А, белка, участвующего в АТФ-зависимом связывании мРНК глобина». Журнал биологической химии . 257 (9): 5246–52. дои : 10.1016/S0021-9258(18)34662-3 . ПМИД  7068683.
  10. ^ abcdefghijk Лу WT, Вильчинска А, Смит Э, Бушелл М (февраль 2014 г.). «Разнообразные роли семьи eIF4A: вы — это компания, которую вы держите». Труды Биохимического общества . 42 (1): 166–72. дои : 10.1042/BST20130161. ПМИД  24450646.
  11. ^ abcdef Линдер П., Янковский Э (июль 2011 г.). «От раскручивания к зажиму - семейство РНК-хеликаз DEAD box». Обзоры природы. Молекулярно-клеточная биология . 12 (8): 505–16. дои : 10.1038/nrm3154. PMID  21779027. S2CID  2037710.
  12. ^ «EIF4A1 - Фактор инициации эукариот 4A-I - Homo sapiens (Человек) - Ген и белок EIF4A1» . www.uniprot.org .
  13. ↑ Шарма Д., Янковский Э. (20 июля 2014 г.). «Подсемейство Ded1/DDX3 РНК-хеликаз DEAD-box». Критические обзоры по биохимии и молекулярной биологии . 49 (4): 343–60. дои : 10.3109/10409238.2014.931339. PMID  25039764. S2CID  23470056.
  14. ^ abcde Монтеро, Хильда; Перес-Хиль, Густаво; Сампиери, Клара Л. (22 февраля 2019 г.). «Фактор инициации эукариот 4А (eIF4A) во время вирусных инфекций». Гены вирусов . 55 (3): 267–273. дои : 10.1007/s11262-019-01641-7. ПМЦ 7088766 . ПМИД  30796742. 
  15. ^ Шацкий И.Н., Дмитриев С.Е., Андреев Д.Е., Теренин И.М. (1 марта 2014 г.). «Исследования всего транскриптома раскрывают разнообразие способов рекрутирования мРНК в эукариотические рибосомы». Критические обзоры по биохимии и молекулярной биологии . 49 (2): 164–77. дои : 10.3109/10409238.2014.887051. PMID  24520918. S2CID  207506515.
  16. ^ «PDCD4 запрограммированная гибель клеток 4 [Homo sapiens (человек)] - Ген - NCBI» . www.ncbi.nlm.nih.gov .
  17. ^ abc Али MU, Ур Рахман MS, Цзя З, Цзян С (июнь 2017 г.). «Эукариотические факторы инициации трансляции и рак». Биология опухолей . 39 (6): 1010428317709805. doi : 10.1177/1010428317709805 . ПМИД  28653885.
  18. ^ Абдельхалим М (июль 2004 г.). «Играют ли человеческие РНК-хеликазы роль в развитии рака?». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) - Обзоры о раке . 1704 (1): 37–46. дои : 10.1016/j.bbcan.2004.05.001. ПМИД  15238243.
  19. ^ аб Пан, Ли; Вудард, Джон Л.; Лукас, Дэвид М.; Фукс, Джеймс Р.; Кингхорн, А. Дуглас (2 мая 2014 г.). «Рокагламид, Сильвестрол и структурно родственные биоактивные соединения из видов Aglaia». Отчеты о натуральных продуктах . 31 (7): 924–939. дои : 10.1039/c4np00006d. ПМК 4091845 . ПМИД  24788392. 

дальнейшее чтение