stringtranslate.com

Эукариотический перевод

Эукариотическая трансляция — это биологический процесс, посредством которого информационная РНК транслируется в белки у эукариот . Он состоит из четырех фаз: инициации, удлинения, завершения и повторения.

Инициация

Процесс инициации трансляции у эукариот.

Инициация трансляции — это процесс, посредством которого рибосома и связанные с ней факторы связываются с мРНК и собираются в стартовом кодоне. Этот процесс определяется либо как кэп-зависимый, при котором рибосома первоначально связывается с 5'-кэпом, а затем перемещается к стоп-кодону, либо как кэп-независимый, когда рибосома изначально не связывается с 5'-кэпом.

Инициирование, зависящее от ограничения

некоторые белковые комплексы, участвующие в инициации

Инициация трансляции обычно включает взаимодействие определенных ключевых белков, факторов инициации , со специальной меткой, связанной с 5'-концом молекулы мРНК, 5'-кэпом , а также с 5'-UTR . Эти белки связывают малую (40S) субъединицу рибосомы и удерживают мРНК на месте. [1]

eIF3 связан с субъединицей рибосомы 40S и играет роль в предотвращении преждевременного связывания большой субъединицы рибосомы (60S). eIF3 также взаимодействует с комплексом eIF4F , который состоит из трех других факторов инициации: eIF4A , eIF4E и eIF4G . eIF4G представляет собой каркасный белок, который напрямую связывается как с eIF3, так и с двумя другими компонентами. eIF4E представляет собой белок, связывающий кэп. Связывание кэпа с помощью eIF4E часто считают стадией, лимитирующей скорость кэп-зависимой инициации, а концентрация eIF4E является регуляторным звеном контроля трансляции. Некоторые вирусы расщепляют часть eIF4G, которая связывает eIF4E, тем самым предотвращая кэп-зависимую трансляцию с целью перехватить механизм хозяина в пользу вирусных (кэп-независимых) сообщений. eIF4A представляет собой АТФ-зависимую РНК-геликазу, которая помогает рибосоме, расщепляя определенные вторичные структуры, образующиеся вдоль транскрипта мРНК. [2] Поли (А)-связывающий белок (PABP) также связывается с комплексом eIF4F через eIF4G и связывает поли-А-хвост большинства молекул мРНК эукариот. Этот белок участвует в циркуляризации мРНК во время трансляции. [3]

Этот преинициативный комплекс 43S (43S PIC), сопровождаемый белковыми факторами, движется вдоль цепи мРНК к ее 3'-концу в процессе, известном как «сканирование», чтобы достичь стартового кодона (обычно AUG). У эукариот и архей аминокислота , кодируемая стартовым кодоном, — метионин . Met-заряженная инициаторная тРНК (Met-tRNA i Met ) доставляется в P-сайт малой рибосомальной субъединицы с помощью эукариотического фактора инициации 2 (eIF2) . Он гидролизует GTP и сигнализирует о диссоциации нескольких факторов из малой субъединицы рибосомы, что в конечном итоге приводит к ассоциации большой субъединицы (или субъединицы 60S ). Затем полная рибосома ( 80S ) начинает элонгацию трансляции.

На регуляцию синтеза белка частично влияет фосфорилирование eIF2 (через α-субъединицу), который входит в состав тройного комплекса eIF2-GTP-Met-tRNA i Met (eIF2-TC). Когда большое количество eIF2 фосфорилируется, синтез белка ингибируется. Это происходит при аминокислотном голодании или после вирусной инфекции. Однако небольшая часть этого фактора инициации фосфорилируется естественным путем. Другим регулятором является 4EBP , который связывается с фактором инициации eIF4E и ингибирует его взаимодействие с eIF4G , тем самым предотвращая кэп-зависимую инициацию. Чтобы противостоять эффектам 4EBP, факторы роста фосфорилируют 4EBP, снижая его сродство к eIF4E и обеспечивая синтез белка. [ нужна цитата ]

Хотя синтез белка глобально регулируется путем модуляции экспрессии ключевых факторов инициации, а также количества рибосом, отдельные мРНК могут иметь разные скорости трансляции из-за присутствия элементов регуляторной последовательности. Было показано, что это важно в различных условиях, включая дрожжевой мейоз и реакцию этилена у растений. Кроме того, недавние исследования на дрожжах и людях предполагают, что эволюционное расхождение в цис-регуляторных последовательностях может влиять на регуляцию трансляции. [4] Кроме того, РНК- хеликазы , такие как DHX29 и Ded1/DDX3, могут участвовать в процессе инициации трансляции, особенно для мРНК со структурированными 5'UTR. [5]

Независимая от крышки инициация

Наиболее изученный пример кэп-независимой инициации трансляции у эукариот использует внутренний сайт входа в рибосому (IRES). В отличие от кэп-зависимой трансляции, кэп-независимая трансляция не требует 5'-кэпа для инициации сканирования от 5'-конца мРНК до стартового кодона. Рибосома может локализоваться в стартовом сайте посредством прямого связывания, факторов инициации и/или ITAF (транс-действующих факторов IRES), минуя необходимость сканирования всей 5'-UTR . Этот метод трансляции важен в условиях, требующих трансляции специфических мРНК во время клеточного стресса, когда общая трансляция снижается. Примеры включают факторы, реагирующие на апоптоз и реакции, вызванные стрессом. [6]

удлинение

Стадии элонгации и мембранного нацеливания эукариотической трансляции. Рибосома имеет зеленый и желтый цвет, тРНК - темно-синий, а остальные участвующие белки - светло-голубые.

Элонгация зависит от факторов элонгации эукариот . В конце этапа инициации мРНК располагается так, что следующий кодон может быть транслирован во время стадии элонгации синтеза белка. Инициаторная тРНК занимает участок Р в рибосоме , а участок А готов принять аминоацил-тРНК. Во время удлинения цепи каждая дополнительная аминокислота добавляется к образующейся полипептидной цепи в трехэтапном микроцикле. Этапы этого микроцикла: (1) размещение правильной аминоацил-тРНК в участке A рибосомы, которая переносится в этот участок с помощью eEF1, (2) образование пептидной связи и (3) сдвиг мРНК на один кодон. относительно рибосомы с помощью eEF2. В отличие от бактерий, у которых инициация трансляции происходит сразу после синтеза 5'-конца мРНК, у эукариот такая тесная связь между транскрипцией и трансляцией невозможна, поскольку транскрипция и трансляция осуществляются в отдельных компартментах клетки ( ядре и цитоплазма ). Предшественники мРНК эукариот должны быть процессированы в ядре (например, кэпирование, полиаденилирование , сплайсинг) в рибосомах, прежде чем они будут экспортированы в цитоплазму для трансляции. На трансляцию также может влиять рибосомальная пауза , которая может вызвать эндонуклеолитическую атаку тРНК, процесс, называемый no-go распадом мРНК. Рибосомальная пауза также способствует котрансляционному сворачиванию образующегося полипептида на рибосоме и задерживает трансляцию белка, пока он кодирует тРНК. Это может вызвать сдвиг рамки рибосомы. [7]

Прекращение действия

Прекращение элонгации зависит от эукариотических факторов высвобождения . Этот процесс аналогичен процессу бактериальной терминации , но в отличие от бактериальной терминации существует универсальный фактор высвобождения eRF1, который распознает все три стоп-кодона. По окончании рибосома разбирается и высвобождается законченный полипептид. eRF3 представляет собой рибосомозависимую ГТФазу, которая помогает eRF1 высвобождать готовый полипептид. Геном человека кодирует несколько генов, стоп-кодон мРНК которых на удивление ненадежен: в этих генах терминация трансляции неэффективна из-за наличия особых оснований РНК вблизи стоп-кодона. Утечка терминации в этих генах приводит к трансляционному считыванию до 10% стоп-кодонов этих генов. Некоторые из этих генов кодируют функциональные белковые домены в своем расширении, что позволяет создавать новые изоформы белков . Этот процесс получил название «функционально-трансляционное прочтение». [8]

Регулирование и модификация перевода

Трансляция является одним из ключевых потребителей энергии в клетках, поэтому она строго регулируется. Развились многочисленные механизмы, которые контролируют и регулируют трансляцию как у эукариот , так и у прокариот . Регуляция трансляции может влиять на глобальную скорость синтеза белка, которая тесно связана с метаболическим и пролиферативным состоянием клетки. Чтобы глубже разобраться в этом сложном процессе, ученые обычно используют метод, известный как профилирование рибосом. [9] Этот метод позволяет исследователям сделать снимок транслатома, показывая, какие части мРНК транслируются рибосомами в белки в данный момент времени. Профилирование рибосом дает ценную информацию о динамике трансляции, раскрывая сложное взаимодействие между последовательностью генов, структурой мРНК и регуляцией трансляции. В развитие этой концепции более поздней разработкой является профилирование рибосом отдельных клеток — метод, который позволяет нам изучать процесс трансляции с разрешением отдельных клеток. [10] Профилирование рибосом отдельных клеток потенциально может пролить свет на гетерогенную природу клеток, что приведет к более детальному пониманию того, как регуляция трансляции может влиять на поведение клеток, метаболическое состояние и реакцию на различные стимулы или условия.

Аминокислотная замена

В некоторых клетках некоторые аминокислоты могут истощаться, что влияет на эффективность трансляции. Например, активированные Т-клетки секретируют интерферон-γ , который вызывает внутриклеточную нехватку триптофана за счет активации фермента индоламин-2,3-диоксигеназы 1 (IDO1). Удивительно, но, несмотря на истощение триптофана , синтез белка в рамке считывания продолжается через кодоны триптофана . Это достигается за счет включения фенилаланина вместо триптофана. Полученные пептиды называются «заместителями» W>F. Такие заменители W>F широко распространены при некоторых типах рака и связаны с повышенной экспрессией IDO1. Функционально заместители W>F могут ухудшать активность белка . [11]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Малис Н., Маккарти Дж. Э. (март 2011 г.). «Инициация перевода: можно предвидеть изменения в механизме». Клеточные и молекулярные науки о жизни . 68 (6): 991–1003. doi : 10.1007/s00018-010-0588-z. ПМЦ  11115079 . PMID  21076851. S2CID  31720000.
  2. ^ Хеллен CU, Сарнов П. (июль 2001 г.). «Внутренние сайты входа рибосомы в молекулах мРНК эукариот». Гены и развитие . 15 (13): 1593–612. дои : 10.1101/gad.891101 . ПМИД  11445534.
  3. ^ Wells SE, Hillner PE, Vale RD, Sachs AB (июль 1998 г.). «Циркуляризация мРНК с помощью эукариотических факторов инициации трансляции». Молекулярная клетка . 2 (1): 135–40. дои : 10.1016/S1097-2765(00)80122-7 . ПМИД  9702200.
  4. ^ Ченик С, Сеник Э.С., Бён Г.В., Груберт Ф., Кандилль С.И., Спейсек Д., Алсаллах Б., Тилгнер Х., Арайа К.Л., Тан Х., Риччи Э., Снайдер, член парламента (ноябрь 2015 г.). «Интегративный анализ уровней РНК, трансляции и белка выявляет явные регуляторные различия у разных людей». Геномные исследования . 25 (11): 1610–21. дои : 10.1101/гр.193342.115. ПМЦ 4617958 . ПМИД  26297486. 
  5. ^ Писарева В.П., Писарев А.В., Комар А.А., Хеллен С.У., Пестова Т.В. (декабрь 2008 г.). «Инициация трансляции мРНК млекопитающих со структурированными 5'UTR требует белка DExH-бокса DHX29». Клетка . 135 (7): 1237–50. дои : 10.1016/j.cell.2008.10.037. ПМЦ 2948571 . ПМИД  19109895. 
  6. ^ Лопес-Ластра М., Ривас А., Баррия М.И. (2005). «Синтез белка у эукариот: растущая биологическая значимость инициации трансляции, независимой от кэпа». Биологические исследования . 38 (2–3): 121–46. дои : 10.4067/s0716-97602005000200003 . ПМИД  16238092.
  7. ^ Бьюкен-младший, Стэнсфилд I (сентябрь 2007 г.). «Остановка клеточной производственной линии: реакция на рибосомальную паузу во время трансляции». Биология клетки . 99 (9): 475–87. дои : 10.1042/BC20070037 . ПМИД  17696878.
  8. ^ Шурен Ф, Томс С (август 2016 г.). «Функционально-трансляционное прочтение: взгляд на системную биологию». ПЛОС Генетика . 12 (8): e1006196. doi : 10.1371/JOURNAL.PGEN.1006196 . ПМЦ 4973966 . ПМИД  27490485. 
  9. ^ Инголия NT, Гаеммагами С., Ньюман-младший, Вайсман Дж.С. (апрель 2009 г.). «Полногеномный анализ трансляции in vivo с разрешением нуклеотидов с использованием профилирования рибосом». Наука . 324 (5924): 218–23. Бибкод : 2009Sci...324..218I. дои : 10.1126/science.1168978. ПМЦ 2746483 . ПМИД  19213877. 
  10. ^ Озадам Х, Тонн Т, Хан СМ, Сегура А, Хоскинс I, Рао С; и другие. (2023). «Количественная оценка занятости рибосом в отдельных клетках на ранних стадиях развития мышей». Природа . 618 (7967): 1057–1064. дои : 10.1038/s41586-023-06228-9. ПМЦ 10307641 . ПМИД  37344592. {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  11. ^ Патаскар, Абхиджит; Шампанское, Жюльен; Нагель, Ремко; Кенски, Джулиана; Лаос, Маарья; Мишо, Жюстин; Пак, Хуэй Сун; Блейервелд, Онно Б.; Морденте, Келли; Наварро, Жасмин Монтенегро; Бломмарт, Наоми (24 марта 2022 г.). «Истощение триптофана приводит к образованию заменителей триптофана-фенилаланина». Природа . 603 (7902): 721–727. дои : 10.1038/s41586-022-04499-2. ISSN  0028-0836. ПМЦ 8942854 . ПМИД  35264796. 

Внешние ссылки