Механизм трансляции у эукариот

Трансляция – это процесс, с помощью которого информация, содержащаяся в нуклеотидной последовательности мРНК. управляет синтезом конкретного полипептида. Этот процесс можно разделить на три этапа: инициацию, элонгацию и терминацию (рис. 14.1). На первом этапе инициации – происходит присоединение первой аминоацил-транспортной РНК и мРНК к рибосоме. Единственной транспортной РНК (тРНК), способной к инициации трансляции, является особая тРНК (тРНК,), которая несет аминокислоту метионин. Как показано на рис. 14.2, первые реакции вызывают образование инициирующего комплекса, состоящего из метиониновой инициаторной тРНК, связанной с 40S(«малой»)-субъединицей рибосомы. Эта Мет-тРНК, узнается эукариотическим фактором инициации 2 (эФИ2), который присоединяет ее к 40S-субъединице рибосомы. Отметим, что присоединение происходит в отсутствие мРНК. Следующей добавляется мРНК. Кэп-связывающий белок присоединяется к 7-метилгуанозину кэп-группы на 5'-конце мРНК, а эукариотические факторы инициации 4А и 4В прикрепляются к кэп-связывающему белку или рядом с ним. В отсутствие кэп-группы связывание мРНК с рибосомной субъединицей неполноценное (Shatkin, 1976, 1985). Рибосомная 40S-субъединица перемещается вдоль мРНК, пока не достигает кодона АУГ в правильном окружении. Было показано, что не каждый АУГ-кодон подходит для этого (Kozak, 1986). Для того чтобы остановить рибосомную 40S-субъединицу и инициировать трансляцию, важны также нуклеотиды вокруг АУГ. С помощью мутирования клонированных генов и анализа трансляции их РНК было обнаружено, что «оптимальной» является последо·

Гилберт С. Биология развития: В 3-х т. Т. 2: Пер. с англ. – М.: Мир, 1994. – 235 с.

200_______________ ГЛАВА 14_____________________________________________________________________________

Рис. 14.1. Схема этапов трансляции у эукариот. На стадии инициации собираются вместе рибосомные субъединицы 40S (светлые) и 60S (серые), мРНК и инициаторная тРНК, которая находится в комплексе с аминокислотой метионином (Мет). В ходе элонгации к полисоме доставляются аминокислоты, между которыми образуются пептидные связи. Последовательность аминокислот в растущем белке определяется последовательностью нуклеиновых кодонов в мРНК. После образования в белке последней пептидной связи один из кодонов УАГ, УГА или УАА сообщает о терминации трансляции. Рибосомные субъединицы и мРНК могут использоваться в новом цикле трансляции.

вательность АЦЦАУГТ. Мутации среди фланкирующих нуклеотидов могут снижать трансляцию в 20 раз. Важность фланкирующей последовательности наблюдалась также in vivo. Имеется сообщение (Morle et al., 1985) о больном α-талассемией (дефицит α-глобиновых субъединиц), вызванной изменением последовательности АЦЦАУГГ на ЦЦЦАУГГ. При связывании 40S-субъединицы с АУГ в мРНК инициаторная тРНК располагается над АУГ-кодоном. Только после правильного размещения мРНК на малой рибосомной субъединице может присоединиться рибосомная («большая») 60S-субъединица.

Рис. 14.2. Стадия инициации трансляции у эукариот. Начальный комплекс образуется в результате объединения активированной инициаторной тРНК и рибосомной 40S-субъединицы; этот процесс катализируется ГΤΦ и эукариотическими факторами инициации (эФИ) 2 и 3. После формирования комплекса на нем с помощью белка, связывающего кэп-группу и АТФ, встает на свое место рибосомная 60S-субъединица. Эти поздние этапы катализируются эФИ1, 4 и 5. (По Hershey, 1980; Shatkin, 1985.)

Гилберт С. Биология развития: В 3-х т. Т. 2: Пер. с англ. – М.: Мир, 1994. – 235 с.

__________________ ТРАНСЛЯЦИОННАЯ И ПОСТТРАНСЛЯЦИОННАЯ РЕГУЛЯЦИЯ РАЗВИТИЯ___________________ 201

Рис. 14.3. Индивидуальная полисома, транскрибирующая гигантскую мРНК пуфа BR2 из клеток слюнных желез Chironomus tentans. А. Электронная микрофотография полисомы, состоящей из 74 рибосом. Можно видеть синтезируемые белки, выходящие из рибосом и растущие по мере движения рибосом от 5'- к 3'-концу мРНК. Около 3'-конца располагаются рибосомы, от которых белок уже отделился. Б. Фотография полисомы при большем увеличении; полисома была растянута в ходе приготовления препарата. Можно видеть расположение мРНК относительно рибосомных субъединиц и синтезируемого полипептида. (Из Francke et al., 1982; фотография с любезного разрешения J.E.Edstrom.)

Элонгация заключается в последовательном присоединении молекул аминоацил-тРНК к рибосоме и образовании пептидных связей между аминокислотами по мере того, как они последовательно отдают свои тРНК-переносчики (рис. 14.1). После соединения аминокислот друг с другом рибосома перемещается по мРНК, экспонируя новые кодоны для связывания тРНК. Это позволяет другой рибосоме инициировать трансляцию на 5'-конце мРНК и начать свое перемещение. Таким образом, с любой мРНК связано обычно несколько рибосом. Эту структуру называют поэтому полирибосомой или, что более принято, полисомой (рис. 14.3). Терминация синтеза белка происходит, когда на рибосоме экспонируется один из кодонов мРНК УАГ, УАА или УГА. Эти триплеты нуклеотидов (называемые кодонами терминации) не узнаются молекулами тРНК и, следовательно, не кодируют ни одной аминокислоты. Однако их узнают сбрасывающие факторы, которые гидролизуют связь пептида с последней тРНК, освобождая его от рибосомы. Рибосома разделяется на две субъединицы, и цикл трансляции начинается снова.

Хотя 3'-поли(А)-хвосты молекул мРНК не транс-

Гилберт С. Биология развития: В 3-х т. Т. 2: Пер. с англ. – М.: Мир, 1994. – 235 с.

202_______________ ГЛАВА 14_____________________________________________________________________

лируются, они, по-видимому, увеличивают эффективность трансляции тех мРНК, у которых они имеются. Как правило, пока мРНК находится в цитоплазме, ее поли(А)-хвост постепенно укорачивается, и если размеры его станут ниже критического, то способность мРНК к трансляции существенно снижается (Littauer, Soreq, 1982). В некоторых случаях экспрессия различных мРНК в цитоплазме может регулироваться с помощью дифференциального укорачивания поли(А)-хвостов. Этот механизм наблюдали в слюнных железах личинки Drosophila (Restifo, Guild, 1986) и в ооцитах Xenopus (Dworkin, Dworkin-Rastl, 1985). У миксомицета Dictyostelium (развитие которого рассмотрено в гл. 1) и двустворчатого моллюска Spisula дифференциальное укорачивание поли(А)-хвостов играет решающую роль в их жизненном цикле. При переходе миксомицета от вегетативного роста (амеба) к развитию (плодовое тело) транскрибируется новый набор мРНК. Одновременно резко укорачиваются поли(А)-хвосты запасенных мРНК, специфичных для вегетативной стадии. В результате новосинтезированные мРНК транслируются, а запасенные мРНК нет. Высказано предположение, что поли(А)-хвост каким-то образом поддерживает трансляцию (Palatnik et al., 1984). Эта идея согласуется с наблюдениями, что добавленная экзогенная поли(А) ингибирует трансляцию мРНК с такими хвостами (Jacobson, Favreau, 1983). Сходным образом после оплодотворения ооцита Spisula поли(А)-хвосты в молекулах мРНК, транслируемых в ооците, сильно укорачиваются, тогда как в тех мРНК, которые будут транслироваться у ранних зародышей (и которые не транслировались в ооците), удлиняются (Rosenthal, Ruderman, 1987).

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: