- Kodomo

Инициация трансляции у
эукариот
Регуляция экспрессии генов
на уровне трансляции
Особенности мРНК
Прокариоты
Часто полицистронна
Эукариоты
Обычно моноцистронна
m7G-кеп на 5’-конце и
длинный поли(А)-хвост на 3’-конце
Метаболическая
нестабильность
Образует комплекс с белками,
Метаболически стабильнее
2
Особенности инициаторной тРНК
Инициаторная тРНКМет по структуре отличается от других тРНК
• Прокариоты
•
N-формил-метионил-тРНК-f (F-MettRNAf) (аминогруппа блокируется –
тРНК не может участвовать в
элонгации)
• Эукариоты
•
Не формилируется
3
Инициация: как рибосома оказывается на AUG-кодоне
Прокариоты
•
•
•
•
Инициация может происходить как
недалеко от 5’-конца, так и в середине
мРНК со стартового кодона (обычно
AUG)
30S связывается непосредственно с
сайтом инициации
Пуриновая SD-последовательность
комплементарно спаривается с 16S
рРНК -> ассоциация 30S субчастицы с
мРНК
Белок S1 связывается с мРНК перед SD
Эукариоты
3 способа инициации:
•Модель сканирования: взаимодействия малой
субъединицы с кэпом и сканирование 5’UTR
•Инициация на внутренних AUG-кодонах
•Реинициация (после освобождения
полипептида рибосома не диссоциирует) 4
Инициация: прокариоты
Отличительная особенность:
Сначала 30S связывается с мРНК в районе
старт-кодона,
затем к комплексу присоединяется тРНК.
Факторы инициации:
•
IF-1 – стабилизация инициаторного
комплекса
•
IF-2 + GTP – присоединение к комплексу
инициаторной тРНК
•
IF-3 –препятствует ассоциации
рибосомы, препятствует узнаванию не
AUG-кодона
5
Инициация: эукариоты
Прокариоты
Эукариоты
IF-1
eIF1A
Обеспечивают активную конформацию малой субчастицы, посадку
тРНК в Р-участок
IF-2
eIF5B
Объединение большой и малой субчастиц, ГТФ-азы
П: Присоединение Мет-тРНК к 30S
IF-3
eIF1
Препятствуют инициации с не AUG-кодона
eIF2
GTP Met-tRNAi
Тройной комплекс,
имеет высокое
сродство
к 40S. После
гидролиза GTP
сродство теряется,
фактор eIF2 и GDP
отделяются.
eIF3
Площадка для связывания
многих других факторов
Стимулирует
гидролиз ГТФ
в тройном
комплексе
6
Инициация: эукариоты
7
Инициация у эукариот на внутренних старт-кодонах
•
•
•
IRES – internal ribosomal entry sites
Обеспечивают внутреннюю инициацию на некоторых мРНК эукариот (в
основном используются вирусами)
Относительно большие и сложные структуры (в отличие от SDпоследовательностей прокариот)
Механизм действия: связывание компонентов транскрипционного аппарата
•
•
•
Примеры:
Пикорнавирусы (полиовирус, вирусы гепатита А, простого насморка, ящура)
Связывают 4G, не требует 4E
•
•
HCV (вирус гепатита C)
Связывает 40S, не требует 4F
•
•
CrPV (вирус паралича сверчка)
Связывает 80S, не требует никаких факторов
•
8
Инициация у прокариот
• Что влияет на эффективность:
• Степень комплементарности и длина последовательности SD
• Вовлечение инициаторной последовательности во вторичные и
третичные структуры
• Регуляция:
• Репрессия за счет белков, связывающихся с инициаторными
районами
• Вторичная структура может усиливаться связыванием с
белками или низкомолекулярными лигандами
• Riboswitches – связывают низкомолекулярные лиганды
(витамины, нуклеотиды и т.п.), производящие «переключение»
между различными вторичными структурами
9
Регуляция инициации: эукариоты
Глобальная регуляция
мРНК-специфическая регуляция
(модуляция активности основных
факторов инициации)
(за счет регуляторных белков или
некодирующих РНК, которые
связываются с мРНК)
•
•
Фосфорилирование eIF2
Связывание eIF4E белком 4E-BP
•
•
•
С помощью белков, связывающихся
с 5’UTR и блокирующих
сканирование (На примере
регуляции мРНК ферритина белком
IRE-BP)
С помощью белков, связывающихся
с 3'UTR
С помощью микроРНК
10
Регуляция инициации: эукариоты
Глобальная регуляция (1). Фосфорилирование eIF2
eIF2
•
•
•
GTP Met-tRNAi
•
•
Фактор eIF2 входит в состав тройного комплекса
Комплекс участвует в выборе инициирующего кодона
При узнавании инициаторного кодона: eIF2*GTP -> eIF2*GDP + Pi
eIF2*GDP не имеет сродства к рибосоме -> отщепляется
eIF2*GDP необходимо реактивировать (eIF2B – guanine nucleotide-exchange factor)
•
•
•
В ответ на различные условия стресса одна
из 4 киназ фосфорилирует альфасубъединицу фактора eIF2 по Ser51
Фосфорилированный eIF2 – ингибитор для
eIF2B (за счет слишком плотного связывания)
Не происходит реактивации комплекса
11
Регуляция инициации: эукариоты
Глобальная регуляция (1)
Противоположное действие фосфорилированного фактора eIF2
•
•
•
•
GCN4 мРНК в дрожжах
Кодируемый белок является транскрипционным активатором генов, регулирующих
биосинтез аминокислот
Имеет 4 короткие ORF ближе к 5’-концу от инициаторного кодона GCN4
Трансляции GCN4 начинается благодаря реинициации
12
Регуляция инициации: эукариоты
Глобальная регуляция (2). Связывание eIF4E
•
•
•
eIF4E в составе eIF4F
связывается с кэпом, в
результате чего комплекс
связывается с мРНК
eIF4E-binding proteins (4E-BPs)
в дефосфорилированной
форме конкурируют с eIF4G за
связывание с eIF4E ->
4E-BPs ингибируют кэпзависимую трансляцию
General 4E-BPs
мРНК-специфичные 4E-BPs
13
Регуляция инициации: эукариоты
Глобальная регуляция
Общая схема
14
Регуляция инициации: эукариоты
мРНК-специфическая регуляция
Белки, связывающиеся с 5’UTR (Регуляция мРНК ферритина белком IRE-BR)
•
Наиболее изученный механизм
•
мРНК кодирует белок ферритин, отвечающий за связывание излишков железа в
клетке. При малом количестве железа вреден.
IRE – iron-responsing elements – области мРНК, участвующие в регуляции
IRP - IRE regulatory proteins – регуляторные белки (IRE-BP)
При недостатке железа IRP связываются со шпилькой IRE в 5’ UTR
Блокирует сканирование 5’UTR
•
•
•
•
15
Регуляция инициации: эукариоты
мРНК-специфическая регуляция
Белки, связывающиеся с 3’ UTR
•
На примере мРНК церулоплазмина
• Репрессируется интерфероном-гамма
(IFNγ)
• Фактически ингибитором является
сложный комплекс GAIT. Один из
составляющих его белков – L13а из 60S
• IFNγ индуцирует фосфорилирование
L13а -> этот белок высвобождается из
60S и присоединяется к GAIT
• GAIT-комплекс связывается с GAITэлементом в 3’UTR и блокирует посадку
43S на мРНК
16
Регуляция инициации: эукариоты
мРНК-специфическая регуляция
Микро РНК (miRNA)
•
Механизм до конца не выяснен
•
•
•
Небольшие молекулы ~22 нуклеотида
Действуют в комплексе с белками (miRNP или RISC – RNA-induced silencing complex)
Комплементарно связывается с 3’UTR
• Блокирует инициацию трансляции (скорее всего, белки miRNP-комплекса
связываются с кэпом, вытесняя факторы eIF4F)
17