蛋白质翻译的起始延长和终止(蛋白质翻译的起始阶段)

翻译的过程与转录类似,也分为起始、延伸和终止三个步骤。翻译起始也同样需要寻找翻译起点(起始密码子),结合核糖体小亚基、起始tRNA(tRNAi)和核糖体大亚基,组装成起始复合物后才能进入延伸阶段。

蛋白质翻译的起始延长和终止(蛋白质翻译的起始阶段)(1)

翻译起始复合物。引自PDB-101

起始密码子是AUG,所以起始氨基酸是甲硫氨酸。不过真核的起始tRNA及其携带的甲硫氨酸都是正常的,而原核生物起始氨基酸是甲酰甲硫氨酸(fMet),其tRNA也与正常不同,称为tRNAf。其与甲硫氨酸结合后被甲酰化酶催化甲酰化,供体为甲酰四氢叶酸。

另一方面,真核生物多为单顺反子,即一条mRNA只编码一条肽链,所以只有一个起始密码子。而原核生物因为基因表达采用操纵子模式,所以是多顺反子,有多个起始密码。

所以原核生物用一段保守序列作为起始密码的标志,称为SD序列(Shine-Dalgarno sequence),以其发现者John Shine和Lynn Dalgarno命名。它位于起始AUG上游约7个碱基处,富含嘌呤,长约4-7个核苷酸。

蛋白质翻译的起始延长和终止(蛋白质翻译的起始阶段)(2)

SD序列与16 S rRNA结合。themedicalbiochemistrypage.org

在核糖体小亚基中有一段序列与之互补,称为反SD序列(anti-SD sequence,ASD)。所以SD序列还有募集小亚基和定位翻译起点(translation initiation site,TIS)的作用。SD序列的突变会降低翻译起始效率。

真核生物通常仅有一个起始密码,所以是从帽子向下游扫描来寻找的,不需要SD序列做标志。不过真核起始密码上游也有一段保守序列,称为Kozak序列,或Kozak motif,同样以其发现者Marylin Kozak命名。

Kozak序列是GCC R CC AUG G,其中R代表嘌呤(A或G),AUG是起始密码。它并不参与小亚基结合,但仍与翻译效率和TIS识别有关。已观察到−3A与真核起始因子eIF2α有相互作用,而 4G与核糖体蛋白S9(rpS9)和18S rRNA有相互作用。

蛋白质翻译的起始延长和终止(蛋白质翻译的起始阶段)(3)

核糖体识别起始密码子。Trends Biochem Sci. 2019 Dec;44(12):1009-1021.

翻译起始过程中也需要多种蛋白因子,称为起始因子(initiation factor)。原核生物中以IF命名,真核称为eIF(eukaryotic IF),注意e为小写。哺乳动物eIF至少有12种,有29种不同的蛋白质组成。最大的eIF复合物是eIF3复合物,包含13个亚基,总质量超过800 kDa。

蛋白质翻译的起始延长和终止(蛋白质翻译的起始阶段)(4)

真核生物核糖体亚基及部分翻译起始因子。Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2017 Mar 19; 372(1716): 20

eIF3的主要功能是充当起始复合物组装的支架。它包括PCI、MPN、big等几个部分,可以与40 S小亚基的多个位点结合,环绕整个小亚基,还可与多种起始因子相互作用,募集并调节其精细定位,从而形成多因子复合物(MFC)。

蛋白质翻译的起始延长和终止(蛋白质翻译的起始阶段)(5)

哺乳动物eIF3复合物的亚基构成。RNA Biol. 2018; 15(1): 26–34.

eIF3具有多种功能。例如,翻译起始需要核糖体解离成40 S和60 S亚基,而eIF3具有抗结合活性,可通过与小亚基结合来阻止其与大亚基重新结合。直到所有准备工作完成后,eIF3才会解离,以形成80 S起始复合物。eIF1等也有类似作用。

蛋白质翻译的起始延长和终止(蛋白质翻译的起始阶段)(6)

酵母和兔的40 S亚基与eIF3复合物。Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2017 Mar 19; 372(1716): 20160186

真核翻译起始的典型模式始于三元复合物的形成,由eIF2、携带甲硫氨酸的tRNA和GTP组成。eIF1,eIF1A和eIF3促进三元复合物与40S核糖体亚基的结合,形成43 S预起始复合物(pre-initiation complex,PIC)。

这种翻译起始模式也称为帽扫描或帽依赖(cap-dependent)模式。帽识别蛋白eIF4E结合5'帽,并与eIF 4A,4G和4B一起将PIC募集到5'mRNA末端。eIF4G支架蛋白和poly(A)结合蛋白(PABP)相互作用,使复合物向3'方向扫描,直到抵达起始密码子为止。

蛋白质翻译的起始延长和终止(蛋白质翻译的起始阶段)(7)

预起始复合物扫描模型。Nat Rev Mol Cell Biol. 2010 Feb; 11(2): 113–127.

一些蛋白质可以结合eIF4E,因而成为翻译阻遏物。研究最深入的翻译阻遏物是哺乳动物eIF4E结合蛋白(4EBP)。如果4EBP被高度磷酸化,就不能与eIF4E结合,从而失去翻译阻遏作用。

在哺乳动物细胞中,mTORC1复合物负责4EBP的磷酸化,在增殖和细胞生长中起关键作用。一旦mTORC1失活,就会发生4EBP的快速去磷酸化,恢复eIF4E结合能力,从而抑制了帽依赖翻译起始。

参考文献:

1. Hernández G, et al. Conservation and Variability of the AUG Initiation Codon Context in Eukaryotes. Trends Biochem Sci. 2019 Dec;44(12):1009-1021.

2. Gomes-Duarte A, et al. eIF3: a factor for human health and disease. RNA Biol. 2018; 15(1): 26–34.

3. Carissa C. James, et al. Alternative mechanisms of translation initiation: an emerging dynamic regulator of the proteome in health and disease. Life Sci. 2018 Nov 1; 212: 138–144.

4. Aylett CH, et al. Eukaryotic aspects of translation initiation brought into focus. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2017 Mar 19; 372(1716): 20160186.

5. Jackson RJ, et al. The mechanism of eukaryotic translation initiation and principles of its regulation. Nat Rev Mol Cell Biol. 2010 Feb; 11(2): 113–127.

,

免责声明:本文仅代表文章作者的个人观点,与本站无关。其原创性、真实性以及文中陈述文字和内容未经本站证实,对本文以及其中全部或者部分内容文字的真实性、完整性和原创性本站不作任何保证或承诺,请读者仅作参考,并自行核实相关内容。文章投诉邮箱:anhduc.ph@yahoo.com

    分享
    投诉
    首页