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翻译的起始

2022.4.19

(一)原核细胞

原核细胞的翻译起始过程大概可以分为以下几个过程:

(1)翻译起始因子IF3结合到小亚基的E位点,同时也横跨至P位点;(这一过程在起始之初就已经完成)起始因子IF1结合至A位点;

(2)起始因子IF2·GTP被IF3和IF1招募至P位点;

(3)起始fMet·tRNA一方面被mRNA起始密码子AUG招募,另一方面被已经结合到P位点的IF2·GTP招募,进一步结合到P位点,这一过程伴随着核糖体小亚基通过mRNA上的核糖体结合位点序列(RBS)识别结合到mRNA上;

(4)当tRNA和mRNA配对后,起始因子IF3稳定性降低;

(5)IF2·GTP进一步招募大亚基;

(6)大亚基的结合催化IF2上GTP的水解,形成对P位点亲和力较低的IF2·GDP,后者随后从核糖体上脱离;

(7)由于IF2的脱离,大小亚基结合进一步紧密,置换出IF3和IF1,形成了起始状态的核糖体复合物。

注:实验分析表明,当IF3和IF1不存在时,起始tRNA倾向于在IF2之前结合至P位点,提示起始tRNA可以直接被起始密码子招募;当IF3和IF1存在时,起始tRNA倾向于在IF2之后结合P位点,提示IF2可以被IF3和IF1有力招募,而tRNA也可以进一步被IF2招募。

(二)真核细胞

真核细胞会涉及到更多的起始因子包括:eIF1,1A,3,5,4(EGAB),2,5B,1A。其中它们和原核细胞起始因子按照功能可以大体划分配对如下:

真核细胞

原核细胞

eIF1,eIF3,eIF5

IF3

eIF2

IF2

eIF5B

eIF4E,eIF4G,eIF4A,eIF4B

eIF1A

IF1

以核糖体为核心,真核细胞翻译起始过程也可概括成如下步骤:

A. 核糖体的前期准备

(1)eIF1,3,5围绕E位点结合至小亚基,eIF1A围绕A位点结合至小亚基;

(2)eIF2·GTP在胞质中结合Met-tRNA形成三原复合物;

(3)三原复合物进一步结合到小亚基复合物(小亚基以及eIF1,1A,3,5)中小亚基P位点上形成43S复合物;

B. mRNA的准备

(1)eIF4E识别mRNA的5‘端帽子;

(2)eIF4G作为支架蛋白结合至eIF4E并连接eIF4A,eIF4A结合至mRNA上;

(3)eIF4B和eIF4A互作,激活eIF4A的活性;

(4)eIF4A利用其解旋酶活性解旋mRNA,去除其二级、三级结构;

C. mRNA的装载

(1)43S复合物通过eIF3和eIF4E互作,eIF1A和eIF4A互作将mRNA进行招募形成48S复合物;

(2)eIF4A利用其解旋酶活性,充当转位酶作用,移动mRNA进行扫描;

(3)遇到第一个起始密码子AUG后,密码子和tRNA配对,阻碍了eIF4A的转位,扫描停止;

(4)二者的配对,刺激eIF2的GTP水解,eIF2·GDP和小亚基亲和力较低,从小亚基复合物上脱离下来,伴随着其他除eIF4A以外的起始因子全部脱离;

(5)eIF5B·GTP被起始tRNA和eIF1A招募;

D. 大亚基的装载

(1)eIF5·GTP招募大亚基;

(2)大亚基的结合刺激eIF5上的GTP水解,eIF5·GDP亲和力较低,从核糖体上脱离下来;

(3)大亚基获得更高亲和力,进一步将eIF1A置换出来,进入起始状态。

注:并非所有真核细胞内的翻译均需要eIF4E对5’端帽子的识别,有下列三种特殊情况利用内部核糖体插入位点(IREs)进行RNA的装配:

Group 1

利用特殊结构直接招募核糖体大小亚基,不需要任何起始因子和起始tRNA。

例:一些病毒如CrPV入侵真核细胞后,通过抑制起始因子进一步抑制真核细胞内部的蛋白表达,但其自身特殊的mRNA结构可以直接招募大小亚基来绕过起始因子和起始tRNA阶段,直接进入翻译的中间延伸状态,获得核糖体翻译的绝对选择性。

Group 2

IREs招募小亚基,但依然需要部分eIF和起始tRNA。

例:部分IREs直接结合eIF4G进一步招募eIF4A。

Group 3

需要IREs特殊的结合蛋白,同时也需要大部分eIF和起始tRNA。

例:细胞凋亡。细胞在凋亡时,希望减少其他蛋白的表达(通过抑制eIF4E),而大量表达凋亡相关蛋白。如死亡相关蛋白5(DAP5)利用其IREs序列招募相关因子(ITAF),后者充当eIF4G的eIF4A结合区域的作用,绕过eIF4E,直接结合eIF4A进行后续装载。通过这样的机制可以巧妙的降低其他蛋白(需要eIF4E)的表达,但是提高凋亡相关蛋白的表达。


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