Ініціація трансляції та її регуляція у еукаріотів

Тема 9.2

Ініціація в еукаріотах набагато складніша, ніж у прокаріотів, але в останні роки її вивчення сильно просунулося вперед. Події, що відбуваються під час неї ,аналогічні вищеописаним у прокаріотів, але мають ряд відмінностей.

Особливості мРНК еукаріот:

1- еукаріотична мРНК, як правило утворює інформосоми (це на відміну від мРНК прокаріотів)

2- метаболічно стабільна

3- моноцистронна

4- має специфічний модифікований 5`-кінець (кеп) та 3`- полі А-кінець.

В еукаріотах значна частина мРНК знаходиться в запасному нетранслюючому стані. Співвідношення у цих комплексах білка до РНК = 3:1. Тут є специфічний набір білків, функції яких до цих пір остаточно не ідентифіковано. Є дані, що деякі з цих білків відіграють роль репресорів в трансляції (вони заважають приєднанню рибосоми і ініціації трансляції). Нагадаю (цитата з О.Спірина, 2008):"Информационные рибонуклеопротеидные частицы высших эукариот (информосомы, или мРНП).

Комплексы мРНК с белками (мРНП-частицы) впервые были обнаружены в цитоплазме эмбриональных клеток животных (Спирин, Белицина и Айтхожин, 1964; Спирин и Немер, 1965). Они были названы информосомами, которые первоначально рассматривались как запасная или маскированная форма существования мРНК в половых клетках и ранних эмбрионах. Вскоре после этого, однако, стало ясно, что вся мРНК в цитоплазме клеток эукариот, по крайней мере, животных и высших растений, существует в виде таких рибонуклеопротеидов, или мРНП-частиц (Спирин, 1969). При этом как доступные для трансляции мРНК, так и временно не доступные – репрессированные мРНК (см. раздел 16.5) и маскированные мРНК (см. раздел 16.6), – обнаруживаются в клетках и клеточных экстрактах в виде аналогичных комплексов с белками (см. обзор Спирин, 1996). Более того, анализ транслируемых мРНК в эукариотических полирибосомах также открывает большое количество белка, ассоциированного с мРНК.

Все вышеперечисленные типы цитоплазматических комплексов РНК с белком (мРНП) имеют определенные общие черты. Во-первых, они всегда содержат относительно много белка. В свободных мРНП-частицах (информосомах) соотношение белок:РНК обычно составляет около 3:1; оно несколько ниже (около 2:1) в полирибосомных мРНП, освобожденных от рибосом. (Для сравнения - рибосомы характеризуются соотношением белок:РНК от 1:2 у прокариот до 1:1 у эукариот). Во-вторых, поскольку популяция мРНК в клетках, как правило, гетерогенна по своему размеру (и, соответственно, коэффициенту седиментации), то и мРНП-частицы в большинстве случаев представляют собой гетерогенно седиментирующую популяцию частиц, коэффициенты седиментации которых определяется размерами мРНК и превышают коэффициенты седиментации соответствующих мРНК в 2,5-3 раза. Обычно в клетках свободные мРНП-частицы седиментируют со скоростями в пределах от 20 до 250 ед. Сведберга. Третья общая черта всех цитоплазматических мРНП-частиц состоит в том, что они, в отличие от рибосомных частиц, достаточно устойчивы к удалению Mg²⁺. С другой стороны, мРНК в таких частицах, как правило, обладает высокой чувствительностью к эндорибонуклеазам, что может свидетельствовать о ее поверхностном расположении.

Набор белков в мРНП-частицах весьма богат. Большинство белков специфичны к определенным видам мРНК или к их определенному функциональному состоянию, но присутствуют на них в единичных копиях. Эти «минорные» белки пока очень слабо изучены и далеко не все выявлены и идентифицированы. Функции некоторых из этих белков будут рассмотрены позже (разделы 16.5 и 16.6). Другие белки мРНП-частиц представлены в виде мажорных компонентов, т.е. находятся в них в большом количестве копий, и универсальны для мРНП. Два семейства таких белков наиболее детально изучены. Одно семейство - это гомологичные белки основного характера с молекулярной массой около 35 кДа, которые обычно обозначают как р50, или белки YB (Y-box binding proteins); это семейство белков обладает высоким сродством к самым различным гетерологичным последовательностям мРНК, но значительно более низким сродством к поли(А)- и поли(С)-участкам. Белки YB – главный белковый компонент мРНП-частиц как по массе и количеству копий на мРНК, так и по своей роли в формировании общей структуры мРНП-частиц. Второе семейство - группа гомологичных белков с молекулярной массой около 70 кДа, обозначаемых как р70, или PABP (PolyA Binding Protein); они тоже являются РНК-связывающими белками, но обладают преимущественным сродством к поли(А)-последовательностям, и, в первую очередь, к поли(А)-хвостам мРНК. PABP связан с поли(А)-хвостами транслируемых мРНК в полирибосомах, с периодичностью одна молекул PABP на 25-27 адениловых остатков. Поскольку средняя длина поли(А)-хвоста транслируемой цитоплазматической мРНК составляет 150-250 адениловых остатков, каждая молекула поли(А)-содержащей мРНК может ассоциировать с 6-10 молекулами PABP.

Значительная нагруженность эукариотической мРНК белками позволяет предполагать, что во взаимодействии мРНК с белок-синтезирующей машиной могут оказаться существенными следующие моменты: (1) Связывание белков может модифицировать, плавить, индуцировать или переключать структурные элементы в мРНК, влияя таким образом на ее трансляционную активность. (2) мРНК-связывающие компоненты, вовлеченные в трансляцию, такие как рибосомы, факторы инициации трансляции, репрессоры и активаторы трансляции, взаимодействовуют не просто с голой мРНК, а с мРНП-частицами, и белки мРНП могут оказывать на связывание компонентов трансляции с мРНК либо конкурирующий (антагонистический), либо усиливающий (синергический) эффект. (3) Внутри мРНП-частиц существуют множественные белок-белковые взаимодействия, что может обеспечивать дополнительные возможности для трехмерного сворачивания и упаковки мРНП, контролируя доступность мРНК для трансляции, транспортных систем клетки, «якорей» внутриклеточной локализации и возможной ассоциации со структурами цитоскелета."

Таким чином, в процесах розвитку еукаріотних організмів та клітинного диференціювання синтез мРНК та її накопичення в організмі може проходити завчасно і цей період накопичення може бути досить великим (до початку трансляції).

Було встановлено, що перехід мРНК в транслюючу форму супроводжується зміною багатьох білків, які утворюють комплекси з нею (одні білки входять до комплексу, інші виходять з нього). Тому регуляція біосинтезу білка на рівні трансляції є дуже важливим етапом регуляції взагалі.

У клітині здійснюються сигнали як для ініціації трансляції, так і для інактивації трансляції (якщо далі не треба транслювати дані білки).

Існує думка, що необхідність більш розвинутої системи регуляції на рівні трансляції в еукаріотів (порівняно з прокаріотами) привело до більш складних механізмів ініціації трансляції, в якій бере участь велика кількість білків (більше ніж у прокаріотів). Крім того, замість комплементарного РНК-РНК розпізнавання, в якому бере участь послідовність Шайна-Дальгарно (мРНК у прокаріотів), еукаріотичні мРНК розпізнають рибосоми з залученням їх 5’кепованого кінця і з обов’язковою участю кеп-зв’язуючих білків. Таким чином, RBS мРНК для еукаріотів - 5’ кеп, 5’-НТО, ініціаторний кодон у певному оточенні.

Клітини еукаріотичних організмів мають певні особливості в апараті ініціації.

1) Ініціаторий кодон

На відміну від прокаріотів, де має бути як найменше 3 ініціаторних кодони, в еукаріотах – тільки АУГє ініціаторим кодоном природних мРНК. В більшості випадків це буде перший кодон від 5’-кінця.

Ініціаторною тРНК, що розпізнає кодон АУГ в еукаріотах, є спеціальна тРНК, яка аміноацилюється метіоніл-тРНК-синтетазою. Але! є особливость: метіоніл-тРНК в еукаріотах (на відміну від прокаріот) не формілюється.

Як правило, ініціаторна метіоніл-тРНК і звичайна метіоніл-тРНК мають деякі структурні особливості, які дають можливість ініціаторній тРНК взаємодіяти з факторами ініціації і з вакантною рибосомною субодиницею. Але ці відмінності не дуже великі:

1- ініціаціаторна метіоніл-тРНК еукаріотів має зміни в TYС петлі, а саме послідовність ГАУЦ замість послідовності ГTYЦ (універсальна послідовність) в елонгаторній метіоніл- тРНК;

2- в ініціаторній тРНК більшості еукаріотних організмів дигідроуридилова петля не містить дигідроуридина;

3- на відміну від ініціаторної тРНК прокаріотів 5’-кінцевий нуклеозид еукаріотичної ініціаторної тРНК спарений з 3’-кінцевим нуклеозидом, так як і в елонгаторних тРНК.

Поиск по сайту: