MOLEKULARNE MECHANIZMY KONTROLI TRANSLACJI.
Translacja mRNA w białko reprezentuje ostatni krok w procesie ekspresji genów, który uczestniczy w tworzeniu proteomu (zestawu białek organizmu) z informacji genetycznej. Regulacja translacji jest mechanizmem używanym do modyfikowania ekspresji genów w wielu różnorodnych biologicznych sytuacjach od wczesnego rozwoju embrionalnego do różnicowania się komórki oraz jej metabolizmu, translacja jest używana do regulacji poziomu białek w miejscu i czasie.
Jednakże, mimo opisania wielu przykładów kontroli translacji wiele pozostaje do poznania o jej molekularnych mechanizmach. Dwa główne sposoby kontroli mogą być przewidziane - 1). Główna (ogólne) kontrola, w której regulacja translacji większości mRNA jest regulowana i 2). Specyficzna, gdzie translacja określonej grupy mRNA jest regulowana bez wpływu na ogólną biosyntezę białek lub na przebieg translacji w komórce.
Ogólna regulacja przejawia się głównie poprzez modyfikację czynników inicjujących translację podczas gdy regulacja specyficzna jest przeprowadzona przez kompleks białek regulatorowych, który rozpoznaje specyficzne fragmenty docelowego mRNA usytuowane głównie na 5' lub 3' regionów, które nie przeszły translacji.
Ostatnio odkryto, że translacja mRNA może być także regulowana przez małe mikroRNA (miRNA), które hybrydyzują do sekwencji mRNA, które są często zlokalizowane na 3' UTR
Wyjątkową i bardzo interesującą rzeczą dotyczącą specyficznej regulacji mRNA jest lokalna regulacja translacji występująca w spolaryzowanych komórkach. Tanslacja specyficznych mRNA jest ograniczona do konkretnych lokalizacji, takich jak górny i dolny biegun oocytu lub specyficznej synapsy nerwowej. Celem tej regulacji jest utworzenie gradientu białek, który spowoduje tworzenie białek w określonym regionie lub ograniczenie ekspresji białek w małym, konkretnie zdefiniowanym miejscu, np. do synapsy.
Cechy strukturalne i sekwencje regulatorowe w mRNA są odpowiedzialne za predestynację translacji. To znaczy za: typową strukturę i modyfikacje mRNA - czapeczkę i ogon poliA - które są silnymi promotorami inicjacji translacji, wewnętrzna sekwencje „wejścia” rybosomy (internal ribosome entry sequences - IRESs), które pośredniczą w inicjacji translacji, zależnej od czapeczki;
UPSTREAM OPEN READNIG FRAMES ?? (uORF) - które zazwyczaj redukują translację z OPEN READING RAMES?? (ORF). Drugorzędowa lub trzeciorzędowa struktura mRNA (taka jak struktura spinki do włosów i PSEUDOKNOTu??), która zazwyczaj blokuje translację, może być również częścią wewnętrznej sekwencji „wejścia” rybosomy (internal ribosome enrty sequence) , dzięki czemu ułatwia translację zależną od czapeczki i miejsca specyficznego wiązania regulatorowych kompleksów, które są niezbędnymi determinantami translacji mRNA.
Jednakże z reguły regulacja może aktywować lub hamować translację; większość z dotychczas odkrytych mechanizmów są inhibicjami, co sugeruje, że jeśli nie zadziała mechanizm regulacyjny, mRNA jest aktywowany translacyjnie dzięki ich brakowi. Jednakże to nie znaczy, że wszystkie nie zahamowane mRNA są aktywnie łączone z rybosomami, ponieważ aktywność czynników aktywujących translację , w szczególności tych, które wspomagają rekrutację kompleksów rybosomalnych, które inicjują translację jest (stopniowo) limitowana. W konsekwencji większość mRNA jest rozdzielane między regiony aktywnie ulegające translacji i regiony w cytoplazmie, gdzie mRNA nie ulega translacji i zmienia aktywność tych limitowanych czynników translacyjnych wymuszając zmianę w ogólnej syntezie białek.
W tym artykule będziemy dyskutować o szczegółach mechanizmów molekularnych regulacji translacji przez skupienie się na ogólnej i specyficznej kontroli translacji.
Inicjacja translacji.
Proces translacji podzielony jest na 3 fazy: inicjacja, elongacja i germinacja. Fazy elongacji i germinacji są wspomagane przez ograniczony zestaw przeznaczonych dla nich czynników. inicjacja translacji u eukaryota jest złożonym wydarzeniem wspomaganym przez więcej niż 25 polipeptydów.
inicjacja translacji zwiera usytuowanie elongacyjnego składnika 80S rybosomy w inicjacyjnym kodonie AUG. Mała 40S rybosomalna podjednostka inicjuje wiązanie do 5' końca mRNA, skanuje tą nić w kierunku 5' →3' dopóki kodon inicjacji zostanie zidentyfikowany. Duża podjednostka 60S rybosomalna następnie łączy się z podjednostką 40S, w tej pozycji aby zbudować katalitycznie zdolny rybosom 80S.
Mała podjednostka rybosomalna, razem z wszystkimi czynnikami formuje 43S reinicjacyjny kompleks, który przyłącza się do mRNA. Ta 43S (gromadzi) zawiera eukariotyczne czynniki inicjacji (eIFs) 3, 1, 1A i 5 i potrójny kompleks, który się składa z wypełnionego metioniną inicjatora, który rozpozna kodon AUG podczas inicjacji i rozpozna eIFs który jest przyłączony do GTP. Przynajmniej u ssaków wiązanie się 43S preinicjatorowego kompleksu do mRNA uważa się za czynnik, który włącza wyrównawcze interakcje między eIF3, eIF4F proteinowy kompleks, który jest powiązany z strukturą 5' czapeczki guanylowej mRNA. Kompleks eIF4F zawiera wybrane białka które zwierają:
eIF4E, które to fizycznie wiążą się do struktury czapeczki mGppN,
eIF4A (dead box RNA helicase), które rozwijają drugorzędową strukturę w 5' UTR, więc complex 43S może łączyć I skanować mRNA, i
eIF4G, który jest białkiem podstawnym (czyli takim, na którym buduje się inne białka) poprzez interakcje z eIF4E, eIF4A i eIF3.
W końcu interakcje między eIF4G i eIF3 nie były odkryte, myśli się, że wymaganie reinicjacyjnego kompleksu 43S odnośnie do mRNA jest wspomagane przez inne interakcje tak samo jak między eIF4G i eIF5. eIF4G także wchodzi w interakcje z PABP (białko wiążące koniec poliA) i równocześnie interakcje eIF4E z PABP z eIF4G. wierzy się, że tworzą strukturę kulistą.mRNa co przynosi 5'UTR w bliskiej odległości do 5' końca mRNA. To dostarcza przestrzeni ograniczonej ramką, w której czynnik wiążący 3'UTR może regulować inicjację translacji. W prawdzie wiele znanych regulatorowych sekwencji znajduje się w 3'UTR , nawet pomimo że translacja rozpoczyna się na 5' końcu mRNA, które wyróżnia funkcjonalne połączenia pomiędzy końcami mRNA podczas translacji.
Kilka badań sugeruje, że kompleks reinicjacyjny 43S skanuje wzdłuż 5'UTR dopóki osiągnie i zidentyfikuje kodon inicjacji. Jakkolwiek bezpośrednie fizyczne dowody dla skanowania pośredniego pozostają odnalezione, skanowanie prawdopodobnie jest gwałtownym procesem, który wciąga niestabilne intermediaty. Inicjacja translacji wymaga energii w postaci ATP. Nieznane jest czy ta energia umożliwia rozwijanie struktury II-go rzędu w 5'UTR, żeby umożliwić na wgranie kompleksu 43S i/lub bezpośrednio umożliwić działąnie kompleksu 43S.
jakkolwiek skanowanie niestrukturalnego przewodnika występuje w nieobecności ATP In vitro, co wskazuje, że działanie kompleksu 43S wzdłuż mRNA może nie wymagać energii jeśli rybosom nie napotka stabilnej struktury w mRNA. eIF1 i eIF1A przyczyniają się do procesywności (procesywność - ilość nukleotydów, których polimeraza jest w stanie przyłączyć do nici) skanowania, chociaż to jest niejasne teraz czy kompleks 43S zostanie fizycznie powiązany z strukturą czapeczki podczas skanowania, eIF4F był przedstawiony do wspierania skanowania. Wiązanie kompleksu 43S do kodonu inicjacji AUG daje substrat w strukturze stabilnego kompleksu, ktre są odniesione do kompleksu 43 S. wybór właściwego kodonu inicjacji krytycznie zależy od eIF1.
Tu jest także alternatywny tryb inicjacji translacji, który jest niezależny od struktury czapeczki i jest pośredniczący przez internal rybosome entry sequence [(IRES) - struktura zlokalizowana w 5'UTr lub otwiera ramki odczytu w niektórych mRNA komórkowych lub wirusowego pochodzenia], które są strukturami wybierającymi kompleks rybosomalna do wnętrza 5'UTR czasem bezpośrednio lub blisko kodonu inicjacji.
(dziura)
Ogólna kontrola : eIF4E - 4E- BP i kinazy eIF2α
Ogólna kontrola syntezy białek jest generalnie osiągana przez zmiany w stanie fosforylacji czynników inicjacji lub czynników regulacyjnych, które z nimi współdziałają. Dwa dobrze scharakteryzowane przykłady omówiono w tym artykule.
Jak wspomniano powyżej , eIF2 jest częścią trójskładnikowego kompleksu i wiąże się z małą podjednostką rybosomalną przez swoją GTP wiążącą formę. To GTP hydrolizowane jest kiedy inicjator AUG rozpoznawany jest podczas inicjacji translacji wytwarzając formę związaną z GDP. Zamiana GDP na GTP w eIF2 katalizowana jest przez eIFF2B i wymagana jest do odtworzenia funkcjonalnego, trójskładnikowego kompleksu dla nowego cyklu translacji. eIF2 składa się z trzech podjednostek - α, β i γ. Fosforylacja reszt Serynowych 51 podjednostki α blokuje reakcję wymiany GTP poprzez zmniejszenie stopnia dysocjacji eIF2 z eIF2B. W efekcie, odosobnione eIF2B i w konsekwencji wymiana GDP -GTP już nie występują i ogólna translacja mRNA zostaje zahamowana.
Liczba kinaz, które są aktywowane pod wpływem różnych warunków może fosforyzować reszty Serynowe51 eIF2α. Kinazy te obejmują : inhibitor hem - zależny (HRI) stymulowany wyczerpaniem hemu; GCN2 ((general control non-derepressible-2) ?) aktywowany przez brak, niedobór??(starvation) aminokwasów; PKR ( białkowa kinaza aktywowana przez dwu niciowe RNA) stymulowana przez infekcje wirusowe; PERK aktywowany w okolicznościach stresu retikulum endoplazmatycznego (ER). Chociaż fosforylacja eIF2α przez te kinazy zmniejsza ogólna translację, modyfikacje te mogą również mieć przełożenie na aktywację translacji swoistych mRNA.
Dostępność białek kap - wiążących eIF4E jest również używana do regulacji ogólnego stopnia translacji. eIF4E współdziała z białkiem strukturalnym eIF4G i wymagane jest dla rekrutacji kap - pośredniczących kompleksów rybosomalnych 43S dla mRNA podczas inicjacji translacji. Związek między eIF4E i eIF4G wymaga małej domeny w eIF4G, która wspólna jest dla rodziny białek znanych jako białka wiążące 4E (4E-BP). Hipofosforylowane 4E - BP wiąże eIF4E i konkurencyjnie wypierają eIF4G, co skutkuje hamowaniem wiązania kompleksu 43S z mRNA i w konsekwencji zatrzymywaniem translacji. Zewnątrzkomórkowe sygnały, takie jak insulina, aktywują kaskadę sygnału , która wyzwala hiperfosforylację 4E - BP i uwolnienie z eIF4E. W rezultacie, eIF4E jest wolne do wiązania do eIF4G i promowania inicjacji translacji.
Poza pośrednictwem fosforylacji, która wywołuję zmiany regulujące ogólną translację, również proteolityczny rozpad czynników translacyjnych może hamować syntezę białek komórkowych. Na przykład, apoptotyczne białko kaspaza - 3 rozkłada eIF4G i PABP, a rozkład tych czynników przez wirusowe proteazy służy jako powszechny i udany mechanizm kolidujący z translacją komórkowych mRNA. W konsekwencji, niektóre wirusowe RNA, które nie wymagają współdziałania eIF4G i PABP są preferencyjnie tłumaczone tak samo jak komórkowe mRNA które są niezależne od współdziałania eIF4G i PABP.
mRNA-specyficzna regulacja rekrutacji 43S
Wiązanie rybosomalnego kompleksu 43S z mRNA jest nie tylko przez regulatory globalnej translacji, ale także przez białka wiążące RNA, które modulują translację specyficznych mRNA. Omówimy 3 różne mechanizmy, przez które białko wiążące RNA osiągają ten cel.
Blokada przestrzenna.
Żelazowe białka regulujące (IRP) 1 i 2 kontrolują homeostazę żelaza i po części przez regulację translację lekkich i ciężkich łańcuchów mRNA ferrytyny, które kodują 2 podjednostki tego magazynującego żelazo białka. W komórkach o małej zawartości żelaza Rp1 i RP2 wiążą się do elementu odpowiedzi na żelazo (IRE), który jest motywem „spinki do włosów” na 5' UTR mRNA ferrytyny. IRE jest zlokalizowany wewnątrz 40 nukleotydów struktury czapeczki(tzn kapu) i wiązanie IRP blokuje zapotrzebowanie na kompleks 43S względem ferrytyny nowego mRNA, który jest związany z kompleksem eIF4F. Hamowanie translacji jest nieefektywne wówczas gdy IRE jest przemieszczany do dalszej pozycji względem kapu. Przypuszczalnie dzieje się tak, ponieważ ta manipulacja zapewnia wystarczającą przestrzeń w proksymalnym regionie kapu do wiązania kompleksu 43S. Ten mechanizm wydaje się być sterowany przez przeszkodę przestrzenną, ponieważ zamiana IRE-IRP poprzez interakcje wiążące RNA, które wymagają innych białek nie posiadających fizjologicznych funkcji w translacji eukariota t.j. spliceosomalne białko U1A z jego odpowiednią sekwencją wiążącą RNA może całkowicie powtórzyć hamowanie translacji.
Oddziaływanie z kompleksem eIF4F.
Zważywszy, że IRPs zezwala kompleksowi eIF4F wiążącemu kap do wiązania mRNA, kilka regulatorów translacji, które funkcjonują podczas rozwoju embrionalnego i mają za cel formowanie kompleksu eIF4F. Białko cytoplazmatyczne poliadenylacyjne wiążące element (CPEB) reguluje translację matczynego mRNA podczas dojrzewania oocytu kręgowca i wczesnego rozwoju. To białko wiąże się do sekwencji bogatej w urydynę czyli cytoplazmatycznego poliadenylacyjnego elementu (CPE), który jest zlokalizowany na 3'UTR docelowego mRNA i wspiera wyciszenie mRNA przed dojrzewaniem oocyty tak samo jak następczą cytoplazmatyczną poliadenylację i translacyjną aktywację. Aby zahamować translację CPEB wiąże białko znane jako Maskin, które zawiera domenę wiążącą eIF4F, która przypomina tą w eIF4G, tak jak CPEB, kompleks Maskin, może być uważany za mRNA specyficzne 4EBP. Powinowactwo wyizolowanego Maskina do eIF4E jest wyraźnie niższe niż do eIF4G ale peptyd Maskin, który zawiera domenę wiążącą eIF4E może hamować translację In vivo co sugeruje, że Maskin w rzeczywistości współzawodniczy z eIF4G w wiązaniu EIF4E.
Uważa się, że inne regulatory także funkcjonują jako specyficzne odpowiedzi na 4E-BPs. Podczas przednio-tylnej formacji we wczesnym zarodku Drosophila melanogaster, mRNA, który koduje tylny czynnik determinujący Nanos jest stężony i ulega specyficznej translacji w tylnym biegunie oocytu tej muszki. Białko Smaug wiąże się do niezlokalizowanego 3'UTR nanos mRNA i hamuje translację poprzez rekrutacje wiążącego eIF4E, białka represorowego Kap. Kap jest także rekrutowany do mRNA, który koduje tylny determinant Oskar przez białko wiążące mRNA Bruno, przez to zapobiega syntezie Oskara poprzez przemieszczenie Oskara z przedniego do tylnego bieguna tego oocytu. Więc, Maskin i Kap reprezentują białka regulujące, które wiążą się niebezpośrednio ze specyficznymi mRNA przez interakcje ze specyficznymi białkami wiążącymi mRNA i wydają się blokować rozpoznanie eIF4E przez eIF4G. Ważne zauważenia jest to, że ani Maskin ani Kap nie były pokazane jako bezpośrednio zapobiegające rekrutacji pre-inicjującego kompleksu 43S. W rzeczywistości, w przypadku Kapu , sprzeczny dowód ukazuje, iż hamowany nanos mRna jest przyłączany do polirybosomów, te odkrycie jest bardziej zgodne z inhibicją translacji, która ma miejsce w etapie postinicjacyjnym. Różnice na temat mRna-specyficznych 4E-BPs są zapewniane przez wcześniejsze czynniki determinujące Bicoi, które hamują translację ogonowego mRna w przednim biegunie, w tym przypadku przez bezpośrednie wiązanie do eIF4E.
Zależna od kapu inhibicja wczesnych kroków inicjacji.
Hamowanie translacji przez IRP i specyficzny informacyjny 4E-BPs, wpływa na kolejne stadia procesu inicjacji translacji, w których bierze udział struktura czapeczki. Ostatni przykład opisuje regulator, który hamuje stabilne połączenie rybosomalnego kompleksu 43S z mRNA w sposób niezależny od czapeczki. Sxl-lethal powstrzymuje X chromosome dosage compensation (czyli proces, który równoważy poziom ekspresji genów powiązanych z chromosomem X w tych organizmach, u których osobniki męskie i żeńskie zawierają odmienną liczbę chromosomów X), u żeńskich osobników muszki owocówki , poprzez hamowanie translacji msl-2mRNA, które koduje znaczący składnik procesu wyrównującego ekspresję genu na chromosomie X(X chromosome dosage compensation complex). W celu spełnienia tych funkcji Sxl wiąże się do specyficznych miejsc po obu stronach 5' i 3' UTR w msl-2mRNA i umożliwia dołączenie represorów do 3' UTR. Chociaż struktura czapeczki (cap) i ogonka Poli(A) mają swój udział w translacji, to mechanizm regulacji przebiega niezależnie od tych struktur. Hamowanie translacji przez Sxl wpływa na stabilny związek małych rybosomalnych podjednostek z mRNA, ponieważ formowanie kompleksów 48S jest hamowane przez obecność Sxl. Reasumując, dane te wskazują na ciekawą możliwość, że kompleks jest montowany wokół SXL msl-2mRNA wstrzymując skanowanie kompleksu przedinicjacyjnego 43S.
Inne mechanizmy.
Intrygującym, niedawno opisanym, przykładem kontroli translacji, jest mechanizm, który wymaga dużych rybosomalnych podjednostek białka L13A (białko strukturalne, które wiąże się na zewnętrznej powierzchni dużej podjednostki (60S) rybosomu) . Synteza ceruloplazminy (Cp) jest hamowana 24 godziny po leczeniu interferonem - γ poprzez działanie komórkowego czynnika, który przyłącza się do struktury stem-loop ( pętli, spinki) na 3' końcu UTR w Cp -mRNA. Czynnik ten zostal zidentyfikowany jako rybosomalne białko L13a. Fosforylacja L13a po leczeniu interferonem-γ powoduje jego uwolnienie z 60S rybosomalnej podjednostki i promuje związanie z 3'UTR na Cp-mRNA. Co ciekawe, oddzielenie L13a od rybosomu po fosforylacji nie wydaje się oddziaływać na globalne funkcje rybosomów. Chociaż ten etap procesu translacji ,na który wpływa fosforylowany L13a nie został określony, to stłumione Cp -mRNA nie ma związku z polisomami, a ograniczenie translacji wymaga ogonka Poli (A) jak również eIF4G i PABP. Wyniki te sugerują, że L13a bierze udział w regulacji inicjacji translacji. Autorzy proponują, ze taka interakcja ,w której mRNA jest otaczane przez eIF4G-PABP, jest konieczna do tego, aby zbliżyć L13a do końca 5'UTR i skutkiem tego stłumić translację.
Regulation at post-recruitment steps
Translacja może być również kontrolowana w stadium późnej inicjacji (`late initiation') i po inicjacji (`post-initiation').Białka wiążące RNA hnRNP K (heterogenne jądrowe rybonukleoproteiny K) i hnRNP E1 hamują translację 15-lipoksygenazy (LOX) mRNA podczas wczesnego różnicowania erytrocytów. Wiążą się z repetytywną sekwencją CU-bogatą, która znana jest jako element kontrolujący różnicowanie (DICE), który jest zlokalizowany w 3' UTR LOXa. Translacyjna represja LOXa jest niezależna od ogonka poli(A) i jest przeprowadzana także w niezależny od CAPu sposób przez wirusa (EMCV) lub wirusa (CSVF)IRESs, co wskazuje, że tego typu regulacja ma na celu późne stadium inicjacji. Analiza gradientu sacharozy wykazała, że nastąpiła formacja kompleksu 48S, ale formacja rybosomu 80S została zahamowana przez kompleks hnRNP-K-hnRNP-E1. Ponadto, analiza odcisku stopy (`toe-printing') ujawniła, że kompleks 43S został umieszczony na kodonie inicjatorowym AUG na wyciszonym mRNA. Więc, te regulatory wydają się zapobiegać wiązaniu podjednostki 60S rybosomu do podjednostki 40S w kodonie inicjującym. W zasadzie, hnRNP-K-hnRNP-E1 mógł to osiągnąć albo przez nakładanie z czynnikiem inicjacji translacji, który uczestniczy w tej fazie albo przez bezpośrednie hamowanie interakcji pomiędzy dwoma podjednostkami rybosomów. Jednakże, regulacja hmRNP-K-hnRNP-E1 jest omijana, kiedy translacja zawierającego DICE RNA jest przeprowadzana przez wirusa (CrPV)IRES. Jako, że IRES nie wymaga żadnego ze znanych czynników inicjujących translację, to odkrycie sugeruje, że kompleks hnRNP-K-hnRNP-E1 celuje bardziej w czynniki inicjujące niż podjednostki rybosomów same w sobie. Jednakże, na chwilę obecną nie jest jasne, który czynnik inicjujący stanowi pierwotny cel regulacji.
Niedobór aminokwasów redukuje ogólnoustrojową syntezę białek poprzez ufosforylowanie czynnika eIF2α przez kinazę GCN2. Paradoksalnie, ta sama modyfikacja podnosi poziom translacji GCN4 mRNA u drożdży, poprzez to dając przykład tego jak ogólne czynniki translacji mogą regulować ekspresję specyficznego mRNA. GCN4 mRNA koduje białko, które jest aktywatorem transkrypcji genów, które regulują biosyntezę aminokwasów i zawiera cztery krótkie ORFs przed kodonem inicjującym GCN4. Translacja pierwszego uORF inicjuje skuteczną translację GCN4, co wskazuje, że translacja GCN4 zachodzi przez reinicjację, co jest stosunkowo rzadkim zjawiskiem-przynajmniej u eukariota -po czym rybosom, który już przeprowadził translację ORF wznawia translację poniżej sekwencji ORF w obrębie tej samej cząsteczki mRNA.
Zakłada się, że podczas germinacji translacji podjednostka 60S rybosomu oddysocjowuje na kodonie stop pierwszego uORF, podczas gdy podjednostka 40S pozostaje przyłączona do mRNA i może wznowić skanowanie. Ten model (mechanizm) przewiduje, że podjednostka 40S łączy się z trójkowym kompleksem i prawdopodobnie innymi czynnikami inicjującymi podczas skanowania, po to, żeby zainicjować translację poniżej sekwencji ORF GCN4. Prawdopodobieństwo z jakim podjednostka 40S łączy się z trójkowym kompleksem rośnie wraz z oddalaniem się od uORF. A więc, im dłużej zajmuje skanowanie 5'UTR, tym bardziej prawdopodobna translacja GCN4.
Regulacja translacji GCN4 wynika z wzajemnego oddziaływania pomiędzy dostępnością aktywnych trójkowych kompleksów, obecnością inhibitującego uORF4 oraz odległości pomiędzy uORF1 a oboma uORF4 i GCN4 ORF. Elementy Re i ich wzajemna pozycja względem siebie determinują częstość z jaką ponownie naładowywana (`recharged') mała podjednostka rybosomu osiąga AUG w sekwencji GCN4. Kiedy dostępna jest wystarczająca ilość aminokwasów, mała podjednostka może być lepiej przygotowana do naładowania aktywnym kompleksem trójkowym po translacji uORF1 podczas skanowania odcinka pomiędzy uORF2 a Uorf4. Translacja uORF4 silnie hamuje translację GCN4 ORF, ponieważ sekwencje GC- bogate otaczające kodon stop uORF pobudzają rozpad rybosomu i uwolnienie podjednostek. Z tego powodu, niewiele ponownie naładowanych podjednostek 40S osiąga kodon inicjujący GCN4 i białko GCN4 jest produkowane tylko w podstawowej ilości.
W przypadku niedoboru aminokwasów kinaza GCN2 fosforyluje eIF2 α, co zmniejsza ilość aktywnych trójkowych kompleksów w komórce. W konsekwencji, ponowne ładowanie małej podjednostki rybosomu skanującej odcinek pomiędzy uORF2 a uORF4 jest niewystarczające i translacja uORF4 jest mało prawdopodobna. To podnosi ilość małych podjednostek, które wyszukują kodon inicjujący GCN4 i zapewnia sposobność wiązania aktywnego kompleksu trójkowego po drodze. Ponadto, zwiększona ilość podjednostek rybosomów osiąga kodon inicjujący GCN4 co tłumaczy paradoksalny wzrost translacji GCN4 kiedy eIF2 α jest ufosforylowany. Powiązany mechanizm jest wykorzystywany przez zwiększającą regulację translacji mRNA genu ATF4 u ssaków. ATF4 jest transkrypcyjnym aktywatorem ekspresji pobudzanym przez różne czynniki, w tym niedobór aminokwasów. Fosforylacja eIF2 α indukuje translację mRNA ATF4 poprzez mechanizm zależny od uORF zawartych w obrębie jego 5' UTR, co wskazuje, że ten wzorzec regulacji translacji jest ewolucyjnie niezmienny.
MicroRNA i siRNA- biosynteza i funkcja
MiRNA są transkrybowane jako pierwotny transkrypt w jądrze przez enzym Drosha, należący do rodziny rybonukleaz typu III, stanowiący prekursor około 70- nukleotydowych (pre- miRNA), które mają potencjał do formowania struktury spinki do włosów. Pre-miRNA są następnie przekształcane w cytoplazmie w dojrzałe MiRNA poprzez enzym Dicer (rybonukleaza III typu).
Dicer jest również zaangażowany w tworzenie siRNA z prekursorów w postaci długich, dwuniciowych RNA. Dojrzałe siRNA tworzą następnie kompleks RISC (kompleks indukowanego RNA wyciszający), który pośredniczy w degradacji mRNA i posiada wysoki stopień komplementarności do siRNA. Pomimo, że dokładny skład RISCu i miRNP jest nieznany, oba zawierają białka z rodziny Argonaute. Obserwacja ta, wspólnie z faktem, że miRNA może działać tak jak siRNA, skłoniła niektórych do spekulacji, że RISC może kierować degradacją mRNA i wyciszaniem translacji.
Translacyjna kontrola przez miRNA.
(dziura)
Konkluzje i perspektywy
Obydwa sposoby ogólnej kontroli syntezy białek i RNA - specyficznej regulacji translacji reprezentują kluczowy mechanizm modulacji genów. Chociaż mechanizmy ogólnej kontroli były badane w istotnych szczegółach, mechanizmy mRNA - specyficznej regulacji translacji SA odkrywane stopniowo i różnorodność mechanizmów nadal rośnie. mRNA - specyficzna regulacja przez pojedyncze białka (np. IRP) może być wyjątkiem, bo jak większość przypadków zdaje się angażować regulatorowe kompleksy wielobiałkowe (i prawdopodobnie miRNA).
Chociaż etapy, w których złożone kontrole inicjacji translacji zostały zidentyfikowane w kilku przypadkach, zrozumienie ich wzajemnych oddziaływań z czynnikami inicjacji translacji rybosomalnymi podjednostkami reprezentuje jeden z problemów, który pozostaje do rozwiązania.
Jak regulatory mogą kolidować z elongacja i/lub terminacja translacji również pozostaje do określenia.
W specjalnym interesie jest poznanie regulacji translacji miRNA. Zrozumienie roli częściowej komplementarności między miRNA a docelowym mRNA, funkcja domniemanych czynników białkowych i szczegółowe sposoby działania tych regulatorów pozostają wyzwaniami przyszłości.