リボソーム休止
Queueing of ribosomes during protein synthesis
リボソームは、メッセンジャーRNA分子の配列によって配列が制御される高分子 タンパク質 分子を組み立てます。これは、すべての生細胞と関連するウイルスにとって必須のプロセスです。

リボソーム休止とは、mRNA転写産物のヌクレオチド配列の翻訳中にリボソームがキューイングまたはスタッキングすることを指します。これらの転写産物は、リボソームによってタンパク質合成中に解読され、アミノ酸配列に変換されます。一部のmRNAの休止部位により、翻訳に障害が生じます。[1]リボソーム休止は真核生物と原核生物の両方で発生します。[2] [3]より深刻な休止はリボソーム・ストールとして知られています。[4]

1980年代から、mRNAの種類によって翻訳速度が異なることが知られていました。これらの違いの主な理由は、希少tRNAの多様性が、一部の転写産物のデコード速度を制限するためだと考えられていました。[5]しかし、リボソームプロファイリングなどの研究手法を用いることで、特定の部位でリボソームの濃度が平均よりも高いことが発見され、これらの一時停止部位は特定のコドンを用いて検査されました。特定のコドンの占有率とtRNAの量との間に関連性は見られませんでした。したがって、希少tRNAが一時停止部位を引き起こすという初期の知見は、妥当ではないようです。[2]

生体内でリボソーム休止部位を局在させるには、ミクロコッカスヌクレアーゼ保護アッセイとポリソーム転写産物の単離という2つの手法がある。[6]ポリソーム転写産物の単離は、組織抽出物を、例えばシクロヘキシミドなどの翻訳伸長阻害剤を含むショ糖クッションを通して遠心分離することによって行われる。[7]

リボソームの一時停止は、遊離ポリソームにおけるプレプロラクチン合成中に検出されます。リボソームが一時停止すると、他のリボソームは密に積み重なります。翻訳中にリボソームが一時停止すると、一時停止前に翻訳を開始した断片が過剰に現れます。しかし、mRNAと共にリボソームが一時停止すると、リボソームの後縁に特定のバンドが改善します。[8]

シクロヘキシミド（真核生物）やクロラムフェニコールなどの伸長阻害剤は、リボソームを一時停止させ、開始コドンに蓄積させます。細菌では、伸長因子Pがポリプロリンにおけるリボソームの一時停止を制御しており、EFPがない場合、ポリプロリンモチーフからリボソームの密度が低下します。リボソームの一時停止が複数ある場合、EFPはそれを解消しません。[9]

解像度と遺伝子発現への影響

リボソーム停止のいくつかの形態は、翻訳されたペプチドとmRNAを破棄することなく可逆的です。この種類の停止は、通常「スローダウン」と呼ばれ、ポリプロリン鎖（EFPまたはeIF5Aによって分解される）と非荷電tRNAによって引き起こされます。[4]スローダウンは、細胞がタンパク質の産生量を制御する上で重要です。[10]また、リボソーム上の新生ポリペプチドの共翻訳フォールディングを助け、タンパク質をコードするmRNAの翻訳を遅らせます。これはリボソームフレームシフトを引き起こす可能性があります。[11]

より深刻な「停止」は、tRNAの実際の欠乏、またはmRNAが終止コドンなしで終結することによって引き起こされる可能性がある。[4]この場合、リボソーム品質管理機構（RQC）は翻訳放棄によって危機的状況からの救済を行う。これにより、リボソームはmRNAから解放される。不完全なポリペプチドは破壊の標的となる。真核生物では、mRNAのno-go decayも引き起こされる。[11]

RQC機構は、減速と失速を区別することが困難です。通常はゆっくりとタンパク質を生成するmRNA配列が、異なる条件下でのRQCの介入により、何も生成しなくなる可能性があります。[12]

救助メカニズム

細菌には3つの救済メカニズムが知られています。

  • 主要かつ普遍的なシステムは、転移メッセンジャーRNA（tmRNA）とSmpBによって構成されます。tRNAはまずtRNAと同様にリボソームに結合し、その後SmpBの助けを借りてmRNAの位置に移動し、通常の終止コドンで終わる短いペプチドを翻訳します。[4]
  • 代替リボソーム救済因子A （ArfA）は大腸菌の代替システムであり、 RF2をリクルートする。[4]
  • 代替リボソーム救出因子B（ArfB）は、大腸菌由来のもう一つの代替因子です。ArfBはGGQ遊離因子のように働き、tRNAからペプチドを遊離させます。[13]同時に、ArfBはmRNAトンネルに入り込み、mRNAを除去します。[14]

真核生物では、主なメカニズムにはPELO : HBS1Lが関与している。[4]

リボソームポーズの利点

リボソームの構造

mRNA上のリボソームの動きが直線的でない場合、リボソームは明確な理由なく、様々な領域で一時停止します。リボソームの一時停止位置は、mRNA配列の特徴、構造、そしてこのプロセスを制御するトランスアクティング因子を特定するのに役立ちます。[15]タンパク質ドメイン境界に位置するリボソーム一時停止部位の利点は、タンパク質のフォールディングを促進することです。[1]リボソーム一時停止が利点をもたらさず、制限が必要となる場合もあります。翻訳において、elF5Aはリボソーム一時停止を阻害することで翻訳機能を向上させます。真核細胞においてelF5Aが欠乏すると、リボソーム一時停止は非標準的な開始コドンを増加させる可能性があります。真核細胞においてelF5Aが欠乏すると、リボソーム一時停止が増加する可能性があります。[16]リボソーム一時停止プロセスは、アミノ酸によって翻訳を制御するためにも利用されます。[10]

リボソーム休止イベントの位置試験管 

リボソームは特定の部位で一時停止することが知られていますが、これらの一時停止の理由はほとんど解明されていません。また、擬似結び目が破壊されると、リボソームは一時停止します。リボソームの10%は擬似結び目で一時停止し、4%のリボソームは終結します。リボソームは妨害される前に擬似結び目を通過します。[17]カリフォルニア大学のグループが、mRNAモデルを示すためにアッセイをまとめました。翻訳は2つのin vitroシステムでモニタリングされました。翻訳中のリボソームはmRNAに沿って均一に分布していないことがわかりました。[8]生体内でのタンパク質の折り畳みも重要であり、タンパク質合成に関連しています。生体内でリボソームの一時停止の位置を見つけるために、 in vitroでリボソームの一時停止を見つけるために使用されてきた方法を、 in vivoでこれらの特定の位置を見つけるために変更することができます。[6]

リボソームプロファイリング

リボソームプロファイリングは、リボソーム保護断片（RPFまたはフットプリント）を配列決定し、mRNA上のリボソーム占有率をマッピングすることで、一時停止部位を明らかにする手法です。リボソームプロファイリングは、トランスクリプトーム全体におけるリボソーム一時停止部位を明らかにすることができます。カイネティクスレイヤーを追加すると[18] 、一時停止の時刻が明らかになり、翻訳が進行します。[9]しかし、リボソームプロファイリングはまだ初期段階にあり、さらなる調査が必要なバイアスがあります。[4]リボソームプロファイリングにより、翻訳をより正確かつ精密に測定できます。このプロセスでは、リボソームプロファイリングを実行するために翻訳を停止する必要があります。実験で翻訳を停止するために使用される方法が結果に影響を与え、誤った結果をもたらす可能性があるため、リボソームプロファイリングに問題が生じる可能性があります。リボソームプロファイリングは、翻訳とタンパク質合成プロセスに関する具体的な情報を取得するのに役立ちます。[19]

参照

参考文献

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  • 擬似塩基
  • 再コード
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