EF-4
伸長係数
タンパク質ファミリー
伸長係数4
識別子
シンボルEF-4
インタープロIPR006297
よく注釈が付けられた例については、P60785 ( E. coli LepA) とQ8N442 (ヒトGUF1 ) を参照してください。

伸長因子4（EF-4）は、RNAからタンパク質への翻訳中にリボソーム上で逆転座すると考えられている伸長因子です。EF-4は細菌[1]や、ミトコンドリアやプラスチドを含む真核生物の共生細胞小器官[2] [3]にほぼ普遍的に存在します。タンパク質合成における校正を担うEF-4は、最近細菌伸長因子の命名法に加わりました。[4]

EF-4は、伸長因子として認識される以前は、細菌のリーダーペプチダーゼを担うオペロンの最初のシストロンであることから、リーダーペプチダーゼA （LepA）として知られていました。真核生物では、伝統的にGUF1（GTPase of Unknown Function 1）と呼ばれています。[5]暫定EC番号は3.6.5.n1です。[6]

進化の背景

LepAは高度に保存された配列を有しています。LepAの相同遺伝子は細菌およびほぼ全ての真核生物で発見されています。LepAの保存性はタンパク質全体にわたっていることが示されています。より具体的には、細菌相同遺伝子間のLepAのアミノ酸配列の同一性は55%～68%の範囲です。[4]

LepAには2つの形態が観察されている。1つはミトコンドリアLepA配列から分岐し、もう1つはシアノバクテリアの相同遺伝子から分岐する。これらの知見は、LepAが細菌、ミトコンドリア、そしてプラスチドにおいて重要であることを示している。LepAは古細菌には存在しない。[4]

構造

LepAをコードする遺伝子は、ビシストロンオペロンの一部として最初のシストロンであることが知られています。LepAは、分子量67 kDaの599個のアミノ酸からなるポリペプチドです。LepAのアミノ酸配列は、5つの既知のドメインからなるGタンパク質であることを示しています。最初の4つのドメインは、一次伸長因子EF-GのドメインI、II、III、Vと密接に関連しています。しかし、LepAの最後のドメインは独特です。この特定のドメインは、タンパク質構造のC末端にあります。[7]このLepAの配置は、酵母細胞からヒト細胞まで のミトコンドリアで観察されています。

関数

LepAは、誤って転座したtRNAを持つリボソームを認識し、結果として逆転座を誘導することで、翻訳の忠実度を向上させると考えられています。すでに転写後に修飾されたリボソームを逆転座させることで、EF-G因子は二次転座が可能になります。LepAによる逆転座は、EF-G依存性転座と同程度の速度で起こります。前述のように、EF-Gの構造はLepAの構造と非常に類似しており、したがってLepAの機能もEF-Gの機能と非常に類似しています。しかし、いくつかの研究により、tRNAがAおよびP部位からPおよびE部位に転座した後、EF-GのドメインIVはA部位のデコード配列を占有することが示されている。したがって、EF-GのドメインIVはtRNAの逆移動を防止します。LepAとEF-Gの構造的類似性にもかかわらず、LepAにはこのドメインIVがありません。したがって、LepA は EF-G と同様の方法で Pre 状態と POST 状態の間の活性化障壁を低減しますが、同時に、標準的な転座ではなく逆転座を触媒することができます。

活動

LepAは非共役型GTPase活性を示す。この活性は、EF-Gの活性と同程度にリボソームによって刺激される。EF-Gは、翻訳に関与する既知のGタンパク質の中で最も強いリボソーム依存性GTPase活性を持つことが知られている。一方、非共役型GTPase活性は、リボソームによるGTP切断刺激がタンパク質合成に直接依存しない場合に生じる。GTP存在下では、LepAは触媒的に作用する。一方、非加水分解性GTPであるGDPNP存在下では、LepAの作用は化学量論的となり、70Sリボソームあたり約1分子で飽和する。このデータは、LepAがリボソームから解離するにはGTP切断が必要であることを示しており、これは典型的なGタンパク質であることを示唆している。 LepA濃度が低い場合（70Sリボソームあたり3分子以下）、LepAは誤って転座したリボソームを特異的に認識し、それらを逆転座します。これにより、EF-Gが正しい転座反応を触媒する2度目のチャンスが得られます。高濃度（70Sリボソームあたり約1分子）では、LepAはその特異性を失い、すべてのPOSTリボソームを逆転座します。これにより、翻訳機構は非生殖モードになります。これが、細胞内に高濃度のLepAが存在する場合にLepAが毒性を示す理由です。したがって、低濃度のLepAは合成タンパク質の収量と活性を大幅に向上させますが、高濃度のLepAは細胞に対して毒性を示します。

さらに、LepAはペプチド結合の形成にも影響を及ぼします。リボソームの機能的誘導体をピューロマイシン（aa-tRNAの3'末端の類似体）と混合した様々な研究を通して、転写後修飾を受けたリボソームにLepAを添加すると、aa-tRNAのA部位への結合が阻害され、ジペプチドの形成が阻害されることが明らかになりました。

実験データ

LepAの構造と機能を解明する様々な実験が行われてきました。中でも注目すべき研究の一つに「トープリンティング実験」があります。この実験は、LepAの逆転座能を明らかにするのに役立ちました。この実験では、リボソームに結合したmRNAに沿って逆転写反応によってプライマーが伸長されました。様々なリボソーム由来の修飾mRNA鎖から得られたプライマーを、LepAの有無にかかわらず伸長させました。次に、PRE状態とPOST状態の両方でアッセイを行い、切断に関する研究を行いました。その結果、PRE状態と比較してPOST状態では位置的切断が促進されることが明らかになりました。POST状態はLepA（およびGTP）存在下であったため、POST状態に特徴的な強いシグナルは、LepAがシグナルをPRE状態のレベルまで低下させた結果であることが判明しました。この研究により、リボソームはLepA-GTP複合体に結合するとPRE状態の構造をとることが実証されました。

参照

参考文献

  1. ^ Margus, Tõnu; Remm, Maido; Tenson, Tanel (2007年12月). 「細菌における翻訳GTPaseの系統学的分布」. BMC Genomics . 8 (1): 15. doi : 10.1186/1471-2164-8-15 . PMC  1780047. PMID  17214893 .
  2. ^ Youngman EM, Green R (2007年2月). 「リボソーム転座：LepAは逆方向に転座する」. Curr. Biol . 17 (4): R136–9. doi : 10.1016/j.cub.2006.12.029 . PMID  17307049.
  3. ^ March PE, Inouye M (1985年11月). 「開始因子2および伸長因子TuおよびGと配列​​相同性を持つ大腸菌のGTP結合膜タンパク質」Proc. Natl. Acad. Sci. USA . 82 (22): 7500–4 . Bibcode :1985PNAS...82.7500M. doi : 10.1073/pnas.82.22.7500 . PMC 390844. PMID  2999765 . 
  4. ^ abc Qin Y, Polacek N, Vesper O, et al. (2006年11月). 「高度に保存されたLepAはリボソームを逆転座させるリボソーム伸長因子である」. Cell . 127 (4): 721–33 . doi : 10.1016/j.cell.2006.09.037 . PMID  17110332.
  5. ^ Bauerschmitt, Heike; Funes, Soledad; Herrman, Johannes (2008年6月). 「膜結合型GTPase Guf1は、最適条件下以外でもミトコンドリアタンパク質合成を促進する*」Journal of Biological Chemistry . 234 (25): 17139– 17146. doi : 10.1074/jbc.M710037200 . PMID  18442968.
  6. ^ 「ENZYMEエントリ：EC 3.6.5.n1」 。 2021年10月21日閲覧。
  7. ^ Evans RN, Blaha G, Bailey S, Steitz TA (2008年3月). 「リボソームバックトランスロカーゼLepAの構造」. Proc. Natl. Acad. Sci. USA . 105 (12): 4673–8 . Bibcode :2008PNAS..105.4673E. doi : 10.1073/pnas.0801308105 . PMC 2290774. PMID 18362332  . 
  • 高度に保存された GTPase LepA の生物学的機能の調査に関する博士論文。
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