stringtranslate.com

Сайт связывания рибосомы

Сайт связывания рибосомы , или сайт связывания рибосомы ( RBS ), представляет собой последовательность нуклеотидов выше стартового кодона транскрипта мРНК , которая отвечает за набор рибосомы во время инициации трансляции . В основном RBS относится к бактериальным последовательностям, хотя внутренние сайты входа рибосомы (IRES) были описаны в мРНК эукариотических клеток или вирусов, которые инфицируют эукариот . Набор рибосомы у эукариот обычно опосредован 5'-кэпом, присутствующим на эукариотических мРНК.

Прокариоты

RBS в прокариотах — это область выше стартового кодона. Эта область мРНК имеет консенсус 5'-AGGAGG-3', также называемый последовательностью Шайна-Дальгарно (SD). [1] Комплементарная последовательность (CCUCCU), называемая анти-Шайн-Дальгарно (ASD), содержится в 3'-конце области 16S меньшей (30S) рибосомной субъединицы. При встрече с последовательностью Шайна-Дальгарно, ASD основания рибосомы спаривается с ней, после чего инициируется трансляция. [2] [3]

Вариации последовательности 5'-AGGAGG-3' были обнаружены в Archaea как высококонсервативные области 5'-GGTG-3', 5 пар оснований выше стартового сайта. Кроме того, некоторые бактериальные области инициации, такие как rpsA в E.coli, полностью лишены идентифицируемых последовательностей SD. [4]

Влияние на скорость инициации трансляции

Прокариотические рибосомы начинают трансляцию транскрипта мРНК, пока ДНК еще транскрибируется. Таким образом, трансляция и транскрипция являются параллельными процессами. Бактериальные мРНК обычно полицистронные и содержат несколько участков связывания рибосом. Инициация трансляции является наиболее строго регулируемым этапом синтеза белка у прокариот. [5]

Скорость перевода зависит от двух факторов:

Последовательность RBS влияет на оба этих фактора.

Факторы, влияющие на скорость набора рибосом

Рибосомный белок S1 связывается с последовательностями аденина выше RBS. Увеличение концентрации аденина выше RBS увеличит скорость набора рибосом. [5]

Факторы, влияющие на эффективность инициации трансляции

Уровень комплементарности последовательности SD мРНК к рибосомальному ASD сильно влияет на эффективность инициации трансляции. Более высокая комплементарность приводит к более высокой эффективности инициации. [6] Стоит отметить, что это справедливо только до определенного момента — известно, что слишком высокая комплементарность парадоксальным образом снижает скорость трансляции, поскольку рибосома затем оказывается слишком тесно связанной для продолжения трансляции. [6]

Оптимальное расстояние между RBS и стартовым кодоном является переменным - оно зависит от части последовательности SD, закодированной в фактическом RBS, и ее расстояния до стартового участка консенсусной последовательности SD. Оптимальное расстояние увеличивает скорость инициации трансляции после связывания рибосомы. [6] В одном исследовании также было обнаружено, что состав нуклеотидов в самой спейсерной области влияет на скорость инициации трансляции. [7]

Белки теплового шока

Вторичные структуры, образованные RBS, могут влиять на эффективность трансляции мРНК, как правило, подавляя трансляцию. Эти вторичные структуры образованы водородными связями пар оснований мРНК и чувствительны к температуре. При более высокой, чем обычно, температуре (~42 °C) вторичная структура RBS белков теплового шока разрушается, что позволяет рибосомам связываться и инициировать трансляцию. Этот механизм позволяет клетке быстро реагировать на повышение температуры. [5]

Эукариоты

5-футовый колпачок

Рекрутирование рибосом у эукариот происходит, когда факторы инициации эукариот elF4F и поли(А)-связывающий белок (PABP) распознают 5'-кэпированную мРНК и рекрутируют рибосомный комплекс 43S в этом месте. [8]

Инициация трансляции происходит после набора рибосомы, в стартовом кодоне (подчеркнутом), обнаруженном в консенсусной последовательности Козака ACC AUG G. Поскольку сама последовательность Козака не участвует в наборе рибосомы, она не считается сайтом связывания рибосомы. [2] [8]

Внутренний сайт входа рибосомы (IRES)

Известно, что эукариотические рибосомы связываются с транскриптами в механизме, отличном от того, который включает 5'-кэп, в последовательности, называемой внутренним сайтом входа рибосомы . Этот процесс не зависит от полного набора факторов инициации трансляции (хотя это зависит от конкретного IRES) и обычно обнаруживается при трансляции вирусной мРНК. [9]

Аннотация гена

Идентификация RBS используется для определения места начала трансляции в неаннотированной последовательности. Это называется N-терминальным предсказанием. Это особенно полезно, когда несколько стартовых кодонов расположены вокруг потенциального места начала кодирующей белок последовательности. [10] [11]

Идентификация RBS особенно сложна, поскольку они, как правило, сильно дегенерированы. [12] Один из подходов к идентификации RBS в E.coli заключается в использовании нейронных сетей . [13] Другой подход заключается в использовании метода выборки Гиббса . [10]

История

Последовательность Шайна-Дальгарно прокариотического RBS была открыта Джоном Шайном и Линн Дальгарно в 1975 году. [1] [14] Консенсусная последовательность Козака была впервые идентифицирована Мэрилин Козак в 1984 году [15], когда она работала на кафедре биологических наук в Университете Питтсбурга . [16]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab Shine, J. ; Dalgarno, L. (1975-03-06). "Определитель специфичности цистрона в бактериальных рибосомах". Nature . 254 (5495): 34–38. Bibcode :1975Natur.254...34S. doi :10.1038/254034a0. PMID  803646. S2CID  4162567.
  2. ^ ab "Требования к последовательности сайта связывания рибосомы". www.thermofisher.com . Получено 16 октября 2015 г.
  3. ^ "Справка:Сайт связывания рибосомы - parts.igem.org". parts.igem.org . Получено 16.10.2015 .
  4. ^ Омотаджо, Дамилола; Тейт, Трэвис; Чо, Хёк; Чоудхари, Мадхусудан (2015-08-14). «Распределение и разнообразие участков связывания рибосом в прокариотических геномах». BMC Genomics . 16 (1): 604. doi : 10.1186/s12864-015-1808-6 . ISSN  1471-2164. PMC 4535381. PMID  26268350 . 
  5. ^ abc Лаурсен, Брайан Согаард; Соренсен, Ханс Петер; Мортенсен, Ким Куск; Сперлинг-Петерсен, Ханс Уффе (01 марта 2005 г.). «Инициация синтеза белка у бактерий». Обзоры микробиологии и молекулярной биологии . 69 (1): 101–123. дои :10.1128/MMBR.69.1.101-123.2005. ISSN  1092-2172. ПМЦ 1082788 . ПМИД  15755955. 
  6. ^ abc De Boer, Herman A.; Hui, Anna S. (1990-01-01). "[9] Последовательности в сайте связывания рибосомы, влияющие на трансляционность информационной РНК, и метод направления рибосом к отдельным видам информационной РНК". В Enzymology, BT - Methods in (ed.). Gene Expression Technology . Vol. 185. Academic Press. pp. 103–114. doi :10.1016/0076-6879(90)85011-C. ISBN 9780121820862. PMID  2199771.
  7. ^ Стормо, Гэри Д.; Шнайдер, Томас Д.; Голд, Ларри М. (1982-05-11). «Характеристика сайтов инициации трансляции в E. coli». Nucleic Acids Research . 10 (9): 2971–2996. doi : 10.1093/nar/10.9.2971. ISSN  0305-1048. PMC 320669. PMID  7048258. 
  8. ^ ab Hellen, Christopher UT; Sarnow, Peter (2001-07-01). "Внутренние сайты входа рибосомы в эукариотические молекулы мРНК". Genes & Development . 15 (13): 1593–1612. doi : 10.1101/gad.891101 . ISSN  0890-9369. PMID  11445534.
  9. ^ Писарев, Андрей В.; Широких, Николай Е.; Хеллен, Кристофер UT (2005). «Инициация трансляции с помощью фактор-независимого связывания эукариотических рибосом с внутренними сайтами входа рибосом». Comptes Rendus Biologies . 328 (7): 589–605. doi :10.1016/j.crvi.2005.02.004. PMID  15992743.
  10. ^ ab Hayes, William S.; Borodovsky, Mark (1998). "Выведение статистических моделей сайтов связывания рибосом (RBS) из неаннотированных последовательностей ДНК и использование модели RBS для предсказания N-конца" (PDF) . Тихоокеанский симпозиум по биовычислениям . 3 : 279–290.
  11. ^ Ногучи, Хидеки; Танигучи, Такеаки; Ито, Такехико (2008-12-01). "MetaGeneAnnotator: обнаружение видоспецифичных паттернов сайта связывания рибосомы для точного предсказания генов в анонимных прокариотических и фаговых геномах". DNA Research . 15 (6): 387–396. doi :10.1093/dnares/dsn027. ISSN  1340-2838. PMC 2608843 . PMID  18940874. 
  12. ^ Оливейра, Марсио Феррейра да Силва; Мендес, Даниэле Кинтелла; Феррари, Лусиана Итида; Васконселос, Ана Тереза ​​Рибейро (2004). «Распознавание сайта связывания рибосом с использованием нейронных сетей». Генетика и молекулярная биология . 27 (4): 644–650. дои : 10.1590/S1415-47572004000400028 . ISSN  1415-4757.
  13. ^ Стормо, Гэри Д. (2000-01-01). «Сайты связывания ДНК: представление и открытие». Биоинформатика . 16 (1): 16–23. doi :10.1093/bioinformatics/16.1.16. ISSN  1367-4803. PMID  10812473.
  14. ^ "Профессор Джон Шайн — Институт медицинских исследований Гарвана". www.garvan.org.au . Получено 10 ноября 2015 г.
  15. ^ Козак, Мэрилин (1984-01-25). «Компиляция и анализ последовательностей выше трансляционного стартового сайта в эукариотических мРНК». Nucleic Acids Research . 12 (2): 857–872. doi :10.1093/nar/12.2.857. ISSN  0305-1048. PMC 318541. PMID  6694911 . 
  16. ^ "Исследования: 10 лучших женщин-ученых 80-х: как изменить мир | The Scientist Magazine®". The Scientist . Получено 10 ноября 2015 г.