матрицы показали, что в первом случае она выше в ∼ 104 раз. Это приводит к
преимущественному освобождению комплекса EF-Tu•GDP из рибосом,
содержащих правильные аминоацил-тРНК в А-участке. Для реализации
данного механизма рибосомы должны распознавать правильные и ошибочные
кодон-антикодоновые взаимодействия, а также передавать эту информацию
своему GTPазному центру.
Мутантные __________рибосомы, для которых характерна пониженная точность
трансляции, как правило, обладают более высоким сродством к тРНК в A-
участке. Напротив, у "сверхточных" рибосом такое сродство понижено. В
соответствии с этим повышенную точность трансляции можно объяснять в
терминах уменьшения неспецифического связывания аминоацилированных
тРНК A-участком рибосом и vice versa. Недавно было показано, что сродство
тРНК к P-участку таких мутантных рибосом изменяется на противоположное
таковому A-участка: у ram-мутантов с низкой точностью трансляции
наблюдается пониженное сродство P-участка к тРНК, а у "сверхточных"
рибосом это сродство повышено. Таким образом, в настоящее время полагают,
что простые реципрокные отношения связывают A- и P-участки рибосом с
механизмами, которые управляют взаимодействием мРНК и соответствующих
тРНК с рибосомами.
Новая 10Sa РНК, функционирующая в трансляции. В том случае, если
транслируемая бактериальная мРНК укорочена в своей 3’-концевой части и
рибосома не находит в соответствующей рамке считывания терминирующий
кодон, она не может закончить трансляцию с помощью стандартного механизма
терминации. Полагают, что, столкнувшись с такой ситуацией, рибосома
останавливается на конце мРНК и с ней взаимодействует недавно открытая
10Sa РНК, кодируемая у E. coli геном ssrA, которая запускает процесс
деградации частично синтезированного полипептида. Эта необычная РНК,
аминоацилированная остатком Ala на своем 3’-конце, подобном стандартной
акцепторной последовательности тРНК, сочетает в себе свойства тРНК и
мРНК. 10Sa РНК, как и тРНКAla, образует внутреннюю пару оснований G3:U70,
которая необходима для специфического распознавания тРНКAla рибосомами.
После взаимодействия с рибосомой эта РНК вступает в стандартный цикл
трансляции: ее остаток Ala включается в недостроенную цепь полипептида.
Вслед за этим рибосома транслирует короткую последовательность
нуклеотидов 10Sa РНК, которая теперь функционирует в качестве матрицы,
добавляя десять аминокислот – ANDENYALAA – в C-конец укороченной
полипептидной цепи, и терминирует трансляцию на UAA-кодоне 10Sa РНК. C-
Концевая олигопептидная последовательность освободившегося полипептида
далее распознается специфической протеиназой, которая расщепляет этот
полипептид, обеспечивая его утилизацию бактериальной клеткой в процессе
катаболизма.
2.4.3. Антибиотики, действующие на уровне трансляции
На рис. I.21 приведены некоторые широко распространенные
антибиотики, являющиеся ингибиторами биосинтеза белка у бактерий. Многие
из них находят применение не только как лекарственные средства, но и как
превосходные инструменты исследования механизма различных этапов
биосинтеза белка. Биохимический анализ мутантов бактерий, устойчивых к
действию конкретных антибиотиков, позволяет обнаруживать сайты действия
антибиотиков на рибосомах и идентифицировать изменения компонентов
системы белкового синтеза под влиянием этих мутаций. Как правило, для
возникновения устойчивости к антибиотику достаточно замены одного
аминокислотного остатка из ∼7500 остатков белков, составляющих
бактериальную рибосому. То же самое относится и к ∼4500 основаниям
рибосомных РНК. В этом случае не только замены одиночных оснований в
рРНК, но и модификация (метилирование) единственного основания могут
приводить к подобным эффектам. Рассмотрим __________механизм действия некоторых
антибиотиков более подробно.
Рис. I.21. Антибиотики – ингибиторы биосинтеза белка у бактерий
Пуромицин. Этот антибиотик представляет собой производное
нуклеозидов и является структурным аналогом 3’-концевой
аминоацилированной группировки тРНК. Прямыми экспериментами было
показано, что пуромицин конкурентным образом замещает очередную
аминоацил-тРНК в A-сайте рибосом в процессе трансляции. Он участвует в
акте образования пептидной связи в рибосоме, подменяя при этом очередную
аминоацил-тРНК. В ходе реакции транспептидации происходит переброска C-
конца растущего пептида от пептидил-тРНК на свободную аминогруппу его
аминоацильного остатка, что приводит к освобождению пептидил-пуромицина
из рибосом и прекращению биосинтеза белка. Пуромицин одинаково хорошо
подавляет биосинтез белка как прокариотическими, так и эукариотическими
рибосомами.
Хлорамфеникол. Участок лабильного связывания этого антибиотика
локализован на 50S субчастице рибосом. Хлорамфеникол полностью
ингибирует реакцию пуромицина с пептидил-тРНК, выступая его конкурентным
ингибитором. При этом синтез пептида полностью прекращается, и он остается
связанным с рибосомами. Предполагают, что хлорамфеникол имитирует
аминоацильный конец молекулы аминоацил-тРНК, а его дихлорацетамидная
группировка соответствует аминоацилу. Местом действия хлорамфеникола
является A-участок 50S субчастицы рибосом, где антибиотик конкурирует с
аминоацильным концом молекулы аминоацил-тРНК, препятствуя ее вхождению
в A-участок, что сопровождается подавлением биосинтеза белка. В отличие от
пуромицина хлорамфеникол ингибирует только бактериальные рибосомы.
Сходным механизмом действия обладают антибиотики линкомицин и
спарсомицин. Последний делает ассоциацию пептидил-тРНК с P-участком
рибосом более прочной. При этом хлорамфеникол и линкомицин способны
вытеснять спарсомицин из его комплекса с рибосомами.
Фусидовая кислота – антибиотик стероидной природы, блокирует
биосинтез белка на стадии транслокации. Его мишенью является не столько
сама рибосома, сколько белковый фактор EF2(EF-G), который, как указывалось
выше, необходим для GTP-зависимой транслокации. Фусидовая кислота не
влияет на взаимодействие фактора EF2(EF-G) и GTP с пре-транслоцированной
рибосомой и последующее расщепление GTP. По-видимому, антибиотик
препятствует диссоциации указанного комплекса и сопряженной с ней
транслокации. По тому же механизму фусидовая кислота подавляет
трансляцию эукариотическими рибосомами.
Тетрациклины. Антибиотики тетрациклинового ряда специфически
связываются с 30S субчастицей рибосом, подавляя реакцию аминоацил-тРНК с
рибосомами и свободными 30S субчастицами в присутствии матрицы, но не
нарушая связывание самого матричного полинуклеотида. Предполагают, что
тетрациклины взаимодействуют с акцепторным тРНК-связывающим участком
30S субчастицы рибосом.
Стрептомицин и другие аминогликозидные антибиотики.
Стрептомицин (антибиотик углеводной природы) специфически
взаимодействует с определенным структурным белком 30S субчастицы
рибосом, блокируя стадию инициации трансляции. В присутствии
стрептомицина наблюдается стимуляция связывания аминоацил-тРНК, не
соответствующих кодонам мРНК, находящимся в данный момент в
акцепторном A-участке рибосом. В итоге происходит ошибочное включение
аминокислот в полипептидные цепи синтезируемых белков. Это может
проявляться в фенотипической супрессии нонсенс-мутаций у мутантных
бактерий. Аминогликозидные антибиотики также вызывают неспецифическое
связывание матричных полинуклеотидов рибосомами. Следствием является,
например трансляция одноцепочечных ДНК рибосомами в бесклеточных
системах в присутствии аминогликозидов.
2.5. Трансляция у эукариот
Бактерии обладают единственной универсальной системой трансляции,
основные механизмы функционирования которой были кратко рассмотрены
выше. В отличие от этого, клетки животных кроме основной системы
трансляции, локализованной в цитоплазме, имеют дополнительную систему
трансляции митохондрий, которая по ряду свойств приближается к
бактериальной. Клетки растений обладают еще одной дополнительной
системой биосинтеза белка, функционирующей в хлоропластах. Большинство
данных о механизмах биосинтеза белка у эукариот было получено с
использованием бесклеточных белоксинтезирующих систем (подробнее о
принципах функционирования таких систем см. в разделе 7.4). В последнее
время важные результаты о механизмах трансляции у эукариот были получены
с использованием стабильно трансформированных клеток животных и
растений, выращиваемых в культуре. В ходе этих исследований установлено,
что у растений и животных в основном функционируют одни и те же механизмы
трансляции. Ниже будут рассмотрены основные молекулярные механизмы,
участвующие в трансляции мРНК у эукариот, с привлечением данных,
полученных главным образом на дрожжах S. cerevisiae.
2.5.1. Особенности первичной структуры эукариотических мРНК
Зрелая мРНК эукариот наряду с основной последовательностью
нуклеотидов, в которой закодирована информация о последовательности
аминокислот в соответствующем белке, содержит целый ряд некодирующих
последовательностей, присутствие которых исключительно важно для ее
эффективной, регулируемой трансляции рибосомами. Одни из этих
последовательностей, такие как кэп-группа и 3'-концевая поли(А), не
кодируются непосредственно генами, а, как это подробно рассматривалось
выше, добавляются ко- и посттранскрипционно. Другие некодирующие
последовательности, в том случае, если они не являются продуктами
посттранскрипционного редактирования мРНК, имеют генное происхождение.
Эти последовательности часто содержат регуляторные сигналы,
обеспечивающие определенный уровень трансляции мРНК рибосомами.
Участок мРНК, расположенный между кэп-группой и первым
инициирующим кодоном основной открытой рамки считывания (ОРС), которая и
несет информацию о последовательности аминокислот в белке, получил
название 5'-концевой нетранслируемой области (5'UTR – 5' untranslated
region), или лидерной последовательности. Сегмент мРНК, расположенный
между последним терминирующим кодоном основной ОРС и началом поли(А)-
последовательности, называют 3'-концевой нетранслируемой областью
(3'UTR). Первое название не совсем удачно. Последовательности 5'UTR, как
правило, способны образовывать сложные вторичные структуры типа "стебель-
петля" и содержать короткие ОРС (uORF – upstream open reading frame),
которые оказывают сильное влияние на эффективность трансляции мРНК (см.
ниже). Помимо этого 5'UTR могут включать в себя регуляторные
последовательности, распознаваемые транс- действующими белковыми
факторами. Последовательности 5'UTR обеспечивают регулируемую
трансляцию мРНК (и координированную экспрессию соответствующих генов) в
онтогенезе многоклеточных организмов.
3'UTR и поли(А)-последовательность оказывают влияние на состояние
рибосом после терминации синтеза полипептидных цепей. Кроме того, по
крайней мере, 3'-концевая поли(А)-последовательность участвует в инициации
трансляции.
2.5.2. Инициация биосинтеза белка эукариотическими рибосомами
Как будет видно из дальнейшего изложения, инициация трансляции
эукариотических мРНК может осуществляться, по крайней мере, тремя
способами. В соответствии с первым наиболее распространенным механизмом
(модель сканирования) рибосомы после взаимодействия с 5'-концевой
последовательностью мРНК осуществляют поиск инициирующего AUG-кодона,
перемещаясь вдоль 5'UTR. При реализации второго механизма рибосомы
инициируют биосинтез белка на внутренних AUG-кодонах, удаленных от 5'-
концевой кэп-группы. И, наконец, после освобождения полипептида из
транслирующего комплекса рибосомы, не отделяясь от мРНК, способны
реинициировать биосинтез белка на следующем инициирующем кодоне.
Факторы инициации трансляции. Большинство __________молекулярных
механизмов, осуществляющих регуляцию экспрессии генов на уровне
трансляции, реализуется на стадии инициации биосинтеза белка. По-видимому,
этот факт находит свое отражение в большой сложности аппарата инициации
трансляции. Помимо субъединиц эукариотических рибосом и белков, обычно
ассоциированных с 5'- и 3'-концевыми последовательностями мРНК, в
инициации принимают участие по меньшей мере 11 белковых факторов,
построенных более чем из 25 полипептидов (табл. I.11).
Таблица I.11
Факторы инициации трансляции дрожжей S. cerevisiae
Фактор Субъедин
ица
Предполагаемая функция
eIF1 Обеспечивает связывание Met-тРНК и мРНК с 40S
субчастицей рибосом и распознавание инициирующего
AUG-кодона (у животных)
eIF1A Обеспечивает диссоциацию 40S–60S субчастиц
рибосом, связывание Met-тРНК и распознавание
инициирующего кодона (у животных)
eIF2 α, β, γ Участвует в выборе инициирующего кодона
eIF2B α, β, γ, δ, ε Обеспечивает обмен гуанилового нуклеотида на eIF2
eIF3 α, β, γ, δ,
ε, ζ, η, θ
Обеспечивает связывание Met-тРНК и мРНК с 40S
субчастицей и диссоциацию 40S–60S субчастиц
рибосом
eIF4A АТРаза, РНК-связывающая хеликаза
eIF4B Хеликаза, облегчающая связывание РНК
eIF4E Взаимодействует с кэп-группой мРНК
eIF4G G1(p150),
G2(p130)
Взаимодействует с eIF3, eIF4E и Pab 1p
eIF4H Стимулирует активность eIF4B и компонентов eIF4F
eIF5 Вызывает диссоциацию факторов инициации
eIF5A Функции неизвестны, мутации изменяют стабильность
мРНК
eIF6 Вызывает диссоциацию 40S–60S субчастиц рибосом
Учитывая сложность процесса инициации трансляции у эукариот,
последовательность реакций, приводящих к образованию первой пептидной
связи в строящемся полипептиде, удобно разбить на ряд последовательных
этапов, что является сознательным упрощением единого процесса.
Взаимодействие мРНК с кэп-связывающим комплексом и
рибосомами. Возможность вступления эукариотических мРНК в цикл
трансляции как правило обеспечивается их 5'-концевыми кэп-структурами, с
которыми взаимодействуют белки кэп-связывающего комплекса (CBC). Хотя
основными компонентами CBC являются факторы инициации трансляции, его
роль далеко не ограничивается участием в инициации синтеза белка
рибосомами. Как уже обсуждалось в разделе 2.2.4, полифункциональные белки
CBC интегрируют основные реакции метаболизма мРНК и их
предшественников в эукариотических клетках, необходимые __________для
осуществления эффективной регулируемой трансляции.
Взаимодействие eIF2 с Met-тРНК. Гетеротримерный фактор eIF2
обеспечивает взаимодействие рибосом с инициаторной Met-тРНК и мРНК in
vitro. Гены всех трех субъединиц являются жизненно важными. В связанном с
GTP состоянии eIF2 приобретает способность взаимодействовать с Met-тРНК с
образованием тройного комплекса Met-тРНК–eIF2–GTP. Имеются данные,
указывающие на участие фактора eIF2B в обмене GDP на GTP в комплексе
eIF2–GDP. Неизвестна точная последовательность объединения тройного
комплекса с рибосомой и мРНК. Большая часть имеющихся данных указывает
на то, что взаимодействие тройного комплекса с 40S субчастицей рибосом
предшествует образованию комплекса 40S-мРНК. Однако наличие феномена
реинициации трансляции, при которой тройной комплекс входит в
инициирующий комплекс с предсуществующим комплексом рибосома–мРНК,
указывает на возможность осуществления этих событий в другой
последовательности.
Формирование кэп-связывающего комплекса на мРНК. Сборка
прединициационного комплекса на мРНК начинается со взаимодействия
фактора eIF4E с кэп-группой мРНК. Это дает возможность объединения eIF4E и
eIF4G с образованием многокомпонентного фактора eIF4F. В настоящее время
не исключается возможность того, что объединение eIF4E и eIF4G
предшествует взаимодействию первого с кэп-группой. У животных в состав
многокомпонентного фактора eIF4F, кроме того, входит eIF4A, причем eIF4G
удерживает два других фактора рядом друг с другом. Комплекс факторов eIF4F
животных обладает двунаправленной ATP-зависимой РНК-хеликазной
активностью, которая стимулируется фактором eIF4B. Недавно (1998 г.)
обнаруженный фактор eIF4H усиливает активность eIF4F и eIF4B, однако его
истинная роль в инициации трансляции остается невыясненной. Еще два белка
дрожжей взаимодействуют с компонентами eIF4F: белок p20, конкурирующий с
eIF4G за связывание eIF4E, а также поли(А)-связывающий белок Pab 1p,
который контактирует со специфическим сайтом полипептидной цепи фактора
eIF4G1. Функциональным аналогом p20 у млекопитающих является белок 4EBP
– ингибитор инициации трансляции.
Полипептидная цепь eIF4G млекопитающих содержит сайты связывания
факторов eIF3, eIF4E и eIF4A. На этом основании делается вывод, что eIF4G в
обоих системах выполняет функции белка-адаптера, обеспечивающего сборку
комплекса eIF4F. Исключительно __________важная роль фактора eIF4E в регуляции
экспрессии генов на уровне трансляции (и в канцерогенезе) будет рассмотрена
в разделе 3.4.1.
Таким образом, взаимодействию малой субчастицы рибосом с мРНК
предшествует серия высоко специфических белок–белковых и белково–
нуклеиновых взаимодействий, приводящих к формированию белкового
комплекса вокруг кэп-группы мРНК, в котором полипептидная цепь фактора
eIF4G обладает сайтом связывания eIF3. Последний, в свою очередь,
специфически взаимодействует с малой субчастицей рибосом, обеспечивая ее
вхождение в прединициационный комплекс. При этом 40S субчастица
ассоциирована с тройным комплексом Met-тРНК–eIF2–GTP, содержащим
аминоацилированную инициаторную тРНКMet.
В итоге образуется прединициационный комплекс, содержащий мРНК,
40S субчастицу рибосом, связанную с тройным комплексом Met-тРНК–eIF2–
GTP и через фактор eIF3 взаимодействующую с фактором eIF4G. Последний, в
свою очередь, является частью многокомпонентного фактора eIF4F, в который
кроме eIF4G входят eIF4E, взаимодействующий с кэп-группой мРНК, и eIF4A,
обладающий РНК-хеликазной активностью. Кроме того, в состав этого
комплекса входит фактор eIF1A. В таком виде прединициационный комплекс
способен перемещаться вдоль 5'UTR мРНК и осуществлять поиск
инициирующего AUG-кодона.
Роль 3'-концевой поли(А)-последовательности мРНК в инициации
трансляции. Помимо вышеупомянутых сайтов белок–белковых
взаимодействий, N-концевая часть полипептидной цепи дрожжевого eIF4G
содержит участок, взаимодействующий с поли(А)-связывающим белком Pab1p.
Другим указанием на участие 3'-концевой поли(А)-последовательности мРНК в
трансляции является наличие мутаций в генах рибосомных белков 60S
субчастицы, супрессирующих мутации в гене pab1. Кроме того, как будет видно
из дальнейшего изложения, 3'-концевая поли(А)-последовательность мРНК
может обеспечивать кэп-независимую инициацию трансляции. Данные такого
рода указывают на возможную ключевую роль этой последовательности в
инициации синтеза белка, однако механизм данного явления остается
неизвестным.
Выбор точки инициации трансляции и инициация биосинтеза белка.
Сформировавшись, прединициационный комплекс должен оказаться на
инициирующем AUG-кодоне мРНК, в ряде случаев весьма удаленном от кэп-
группы, с которой он первоначально взаимодействует. Рибосомы прокариот
локализуют точку инициации биосинтеза белка путем непосредственного
взаимодействия регуляторных элементов 5'UTR их мРНК (таких, как SD-
последовательность), расположенных в области инициации трансляции TIR
(translation initiation region), с 3'-концевой последовательностью 16S рРНК
малой субчастицы рибосом. В эукариотической клетке не обнаружено подобных
взаимодействий между мРНК и рРНК. Одной из наиболее популярных в
настоящее время моделей поиска эукариотической рибосомой точки инициации
трансляции является модель сканирования, в соответствии с которой
прединициационный комплекс перемещается вдоль 5'UTR до первого
специфически распознаваемого им инициирующего кодона.
Модель сканирующей рибосомы. Как следует из модели
сканирования, сформированный прединициационный комплекс перемещается
от кэп-группы мРНК вдоль 5'UTR, "проверяя" ее последовательность на
наличие инициирующего AUG-кодона. В настоящее время отсутствуют твердые
доказательства того, что сканирование является строго однонаправленным. Из-
за отсутствия в мРНК эукариот SD-подобных последовательностей и
соответствующих контактов с рРНК AUG-кодон распознается в результате
кодон–антикодонового взаимодействия с участием Met-тРНК, входящей в
состав прединициационного комплекса. Перемещение комплекса часто должно
происходить на фоне ярко выраженной вторичной структуры лидерной
последовательности мРНК. В этой связи предполагается, что происходящее во
время сканирования расщепление ATP сопряжено с работой РНК-хеликазы,
разрушающей вторичную структуру 5'UTR. Как уже упоминалось, данная
активность ассоциирована с фактором eIF4A, входящим в состав
прединициационного комплекса, и стимулируется фактором eIF4B. Однако роль
этих факторов, по-видимому, не ограничивается разрушением вторичной
структуры лидера, поскольку их присутствие требуется и для инициации
синтеза белка на мРНК с короткими 5'UTR, не обладающими выраженной
вторичной структурой.
В выборе AUG-кодона у эукариот участвует фактор eIF2. На это
указывает тот факт, что его мутационные повреждения сопровождаются
ослаблением специфичности такого выбора. Неожиданными оказались недавно
полученные результаты, подчеркивающие важную роль фактора eIF5 в
распознавании инициирующего кодона прединициационным комплексом. Не
исключено, что этот фактор определяет точность процесса распознавания AUG
и является функциональным аналогом прокариотического фактора IF3.
Описаны мутантные формы eIF5, в присутствии которых in vivo в качестве
инициирующего узнается кодон UUG. Не исключено, что совместное действие
факторов eIF2 и eIF5 в обеспечении точности выбора инициирующего кодона
становится возможным благодаря наличию на ﾟ-субъединице eIF2 сайта
связывания eIF5.
После локализации инициирующего кодона 40S субчастицей она
приобретает способность объединяться с большой 60S субчастицей рибосом
при участии фактора eIF5, что в конечном итоге приводит к образованию
полноценного инициационного комплекса. В это время происходит отделение
от комплекса ряда факторов инициации трансляции, сопряженное с гидролизом
GTP. Прежде всего, освобождается комплекс eIF2–GDP, а также большинство
остальных факторов инициации, включая eIF1A и eIF3. В таком виде при
наличии соответствующей аминоацил-тРНК инициационный комплекс способен
образовывать первую пептидную связь в строящейся полипептидной цепи, т__________.е.
инициировать синтез белка.
Контекст и приоритеты инициирующих AUG-кодонов.
Последовательности, окружающие инициирующие AUG-кодоны, оказывают
сильное влияние на эффективность инициации трансляции у позвоночных и в
значительно меньшей степени у дрожжей. В последнем случае наиболее
благоприятным для инициации трансляции является нуклеотид A в положении
–3 по отношению к AUG (нуклеотид A в AUG-кодоне находится в положении +1),
замена которого на любой другой нуклеотид снижает эффективность
инициации приблизительно в два раза. Вообще, A-богатые
последовательности, предшествующие AUG, характерны для мРНК дрожжей,
что отличает их от мРНК позвоночных, соответствующие области мРНК
которых сильнее обогащены GC. Это объясняют высокой чувствительностью
аппарата трансляции дрожжей к вторичной структуре 5'UTR их мРНК, которая
при наличии GC-пар была бы более прочной. В следующих за AUG
последовательностях мРНК дрожжей не обнаружено предпочтения в
отношении A, и они, как правило, обогащены пиримидиновыми нуклеотидами.
Оптимальный контекст для инициации трансляции в клетках животных и
растений, по-видимому, один __________и тот же: AACAATGGC. Самыми важными для
инициации в обоих случаях являются пурин в положении –3 и G в положении
+4. В клетках животных на эффективность трансляции мРНК оказывают
влияние также нуклеотиды в положениях +5 и +6. Инициирующие кодоны в
контексте, отличающемся от оптимального, узнаются рибосомами менее
эффективно и допускают их прохождение до следующего инициирующего
кодона. Это явление, обнаруженное в клетках животных и растений, получило
название ослабленного сканирования (leaky scanning). Некоторые примеры
реализации механизма ослабленного сканирования будут рассмотрены в
разделе 3.4.1 (см. рис. I.40, а–в) в связи с особенностями инициации трансляции
у вирусов растений.
Другим важным фактором, определяющим выбор AUG-кодона в качестве
инициирующего, является его положение в 5'UTR. Как правило, ближайший к 5'-
концу мРНК AUG предпочтительно используется для инициации трансляции.
Это объясняют преимущественным перемещением сканирующей рибосомы в
направлении 5'→3'. Многие 5'UTR содержат дополнительные AUG, не
принадлежащие к основным ОРС, а также короткие ОРС (uAUG, uORF) перед
основным инициирующим кодоном. И те и другие обычно оказывают
ингибирующее действие на трансляцию соответствующих мРНК.
Ингибирующий эффект является наиболее сильным, если расстояние первого
uAUG от 5'-конца мРНК меньше 15–20 нуклеотидов. Наличие двух следующих
друг за другом AUG-кодонов может сопровождаться их использованием в
качестве альтернативных сайтов инициации трансляции. В этом случае одна и
та же мРНК может направлять синтез двух полипептидов, различающихся
лидерными пептидами, что, в свою очередь, может определять направление их
внутриклеточного транспорта.
Распознавание инициирующих кодонов в процессе инициации
трансляции может сопровождаться продолжительными паузами в дальнейшем
перемещении рибосом вдоль мРНК при ее сканировании.
Инициирующие кодоны, отличающиеся от AUG. Трансляция в
клетках млекопитающих и насекомых может начинаться на кодонах, которые
отличаются от канонического AUG. В природных мРНК в качестве
альтернативного инициирующего кодона чаще всего встречается CUG и
значительно реже – AUC и ACG. В клетках дрожжей любые не-AUG-кодоны
распознаются очень неэффективно. Эффективность может быть повышена
мутациями в субъединицах фактора eIF2 β и γ. Кодон AUU обычно открывает
первую ОРС у некоторых вирусов растений. В этом случае эффективность
инициации трансляции составляет ∼ 10% от эффективности на каноническом
кодоне AUG, который располагается ниже первого. Таким образом,
использование вирусами на одной матрице неканонического и канонического
кодонов является одним из регуляторных механизмов, контролирующих
соотношение синтезирующихся полипептидных цепей на уровне трансляции
позволяющих рибосоме достичь в процессе сканирования второго
инициирующего кодона и инициировать на нем синтез белка.
У млекопитающих вышерасположенный неканонический инициирующий
кодон также, как правило, сопровождается каноническим кодоном. При этом
дополнительная инициация трансляции на неканоническом кодоне чаще всего
характерна для ОРС, кодирующих регуляторные белки. Образование по такому
механизму полипептидных цепей, удлиненных с N-концевой части, приводит к
появлению у них новой регуляторной активности, а сам процесс инициации на
неканоническом кодоне может контролироваться условиями внутри клетки.
Влияние вторичной структуры мРНК на инициацию трансляции.
Вторичные структуры в 5'UTR мешают сканированию мРНК 40S субчастицами
Дата добавления: 2015-08-29; просмотров: 29 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |