EF-G
タンパク質合成GTPase
識別子
EC番号3.6.5.3
別名伸長因子G、EF-G
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NCBIタンパク質
翻訳伸長因子EFG/EF2
識別子
シンボルTransl_elong_EFG/EF2
インタープロIPR004540
SCOP21n0u /スコープ/ SUPFAM
利用可能なタンパク質構造:
PDB  IPR004540  
アルファフォールド
EFG/EF2、ドメインIV
識別子
シンボルEFG_IV
ファムPF03764
ファム一族CL0329
頭いいSM00889
CDDcd01434
利用可能なタンパク質構造:
PDB  PF03764 ( ECOD ; PDBsum )  
アルファフォールド

EF-G（伸長因子G、歴史的にはトランスロカーゼとして知られていた）は、 mRNA翻訳に関与する原核生物の伸長因子である。EF -GはGTPaseとして、リボソームを通過する転移RNA（tRNA）とメッセンジャーRNA（mRNA）の移動（転座）を触媒する。[ 1 ]

構造

strオペロン上のfusA遺伝子によってコードされる[ 2 ] EF-Gは、ドメインIからドメインVまでの5つのドメインを形成する704個のアミノ酸から構成される。ドメインIは、グアノシン三リン酸（GTP）に結合して加水分解することから、GドメインまたはドメインI（G）と呼ばれることもある。ドメインIはEF-Gがリボソームに結合するのを助け、ポリペプチド鎖のN末端を含む。[ 3 ] [ 4 ]ドメインIVは転座に重要であり、大きな構造変化を受けて30SリボソームサブユニットのA部位に入り、mRNAとtRNA分子をA部位からP部位へ押し出す。[ 5 ]

5つのドメインは2つのスーパードメインに分けられる。スーパードメインIはドメインIとIIから構成され、スーパードメインIIはドメインIII - IVから構成される。転座の間、スーパードメインIはリボソームにしっかりと結合する役割を担っているため、ほとんど変化しない。しかし、スーパードメインIIは転座前（PRE）状態から転座後（POST）状態へと大きく回転する。スーパードメインIはEF-Tuの対応する部位と類似している。[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] POST状態のスーパードメインIIは、EF-Tu・GTP・aa-tRNA三元複合体のtRNA分子を模倣する。[ 9 ]

ドメインI～Vがラベル付けされたPOST状態のEF-Gの結晶構造。PDB ID: 4V5F

リボソーム上のEF-G

L7/L12への結合

L7/L12は、細菌リボソームの大リボソームサブユニットに存在する唯一の多コピータンパク質で、開始因子2、伸長因子-Tu、解離因子3、EF-Gなどの特定のGTPaseに結合します。[ 10 ]具体的には、L7/L12のC末端はEF-Gに結合し、GTPの加水分解に必要です。[ 4 ]

GTPase関連中心との相互作用

GTPase関連中心（GAC）は、リボソーム大サブユニット上の領域であり、L11ストークとサルシン-リシンループ（SRL）と呼ばれる23SリボソームRNAの2つの小さな領域から構成されています。[ 11 ]進化の過程で高度に保存されたrRNAループであるSRLは、GTPaseがリボソームに結合するのに不可欠ですが、GTPの加水分解には必須ではありません。SRLのA2662残基に含まれるリン酸酸素がGTPの加水分解を助ける可能性を裏付ける証拠がいくつかあります。[ 12 ]

70SリボソームのPOST状態におけるP部位tRNA（オレンジ）、E部位tRNA（緑）、mRNA（黄）、および伸長因子G（赤）のアニメーション。PDB ID: 4W29

タンパク質伸長における機能

EF-G は、各ラウンドのポリペプチド伸長の終わりに、tRNA と mRNA のリボソームへの転座を触媒します。[ 1 ]このプロセスでは、ペプチジルトランスフェラーゼセンター (PTC) がアミノ酸間のペプチド結合の形成を触媒し、ポリペプチド鎖を P サイト tRNA から A サイト tRNA に移動します。50S および 30S リボソームサブユニットは、お互いに対して約 7° 回転できるようになります。[ 13 ] [ 14 ]サブユニットの回転は、大きなサブユニットの両方の tRNA 分子の 3' 末端がそれぞれ A および P サイトから P および E サイトに移動することと連動していますが、アンチコドンループは移動しません。最初の tRNA がハイブリッド A/P 位置を占め、2 番目の tRNA がハイブリッド P/E 位置を占めるこの回転したリボソーム中間体は、EF-G-GTP の基質です。[ 1 ] [ 13 ]

GTPaseとして、EF-G は GTP 結合状態で A 部位付近の回転リボソームに結合し、GTP を加水分解して GDP と無機リン酸を放出します。

GTP+H2お⟶GDP+P私{\displaystyle {\ce {GTP + H2O -> GDP + P_{i}}}}

GTPの加水分解により、EF-G内で大きな構造変化が起こり、A/P tRNAはP部位を完全に占有し、P/E tRNAはE部位を完全に占有し（リボソーム複合体から脱出し）、mRNAはリボソームに対して3ヌクレオチド分下方にシフトする。その後、GDP結合EF-G分子は複合体から解離し、別の自由A部位が残り、そこで伸長サイクルが再開される。[ 1 ] [ 15 ]

転座後の2つのtRNA（オレンジと緑）とEF-G（シアン）を含むリボソームの結晶構造。PDB ID：4W29。

タンパク質終結における機能

タンパク質の伸長は、mRNA上に終止コドンが現れるまで続く。クラスI解離因子（RF1またはRF2）が終止コドンに結合し、P部位におけるtRNA-ペプチド結合の加水分解を誘導し、新たに形成されたタンパク質がリボソームから排出される。新生ペプチドは折り畳みを続け、70Sリボソーム、mRNA、脱アシル化されたtRNA（P部位）、そしてクラスI解離因子（A部位）から排出される。[ 16 ] [ 17 ]

GTP依存的に、その後のリサイクリングは、クラスII解離因子RF3/prfC、リボソームリサイクリング因子（RRF）、開始因子3（IF3）、およびEF-Gによって触媒される。タンパク質RF3はクラスI解離因子を解離し、リボソームA部位を占有できるようにする。EF-GはGTPを加水分解し、大きな構造変化を起こしてRF3をリボソームの下部に押し下げる。これはtRNAの解離と並行して起こり、リボソームサブユニットの回転を促進する。この動きは、30Sサブユニットと50Sサブユニットを接続するB2a/B2bブリッジを積極的に切断し、リボソームが分割できるようにする。[ 16 ]その後、IF3は30Sサブユニットを分離し、大小のサブユニットの再会合を防ぐ。[ 18 ]

臨床的意義

病原細菌中のEF-Gは、EF-Gがリボソームに結合するのを阻害する抗生物質によって阻害される可能性があり[ 19 ] 、転座[ 20 ]またはリボソームからの解離[ 21 ]が起こります。

例えば、抗生物質チオストレプトンはEF-Gがリボソームに安定的に結合するのを阻害します[ 19 ]。一方、抗生物質ジチロマイシンとGE82832はA部位tRNAの転座を阻害することでEF-Gの活性を阻害します。しかし、ジチロマイシンとGE82832はEF-Gのリボソームへの結合には影響を与えません[ 20 ] 。

抗生物質フシジン酸は、リボソーム上での1回の転座後にEF-Gに結合し、EF-Gの解離を防ぐことで、黄色ブドウ球菌などの細菌の増殖を阻害することが知られています。 [ 21 ] [ 22 ]しかし、一部の細菌株は、 fusA遺伝子の点突然変異によりフシジン酸に対する耐性を獲得し、フシジン酸がEF-Gに結合できなくなります。[ 23 ] [ 24 ]

進化

EF-Gは複雑な進化の歴史を持ち、細菌中には多数の相同遺伝子型が存在することから、異なるEF-G変異体のサブ機能化が示唆されている。[ 25 ]

伸長因子は生命の3つのドメインすべてに存在し、リボソーム上で同様の機能を果たす。EF -Gの真核生物および古細菌の相同遺伝子は、それぞれeEF2およびaEF2である。細菌（および一部の古細菌）では、EF-GをコードするfusA遺伝子は、 5′- rpsL-rpsG-fusA-tufA -3′という配列を持つ保存されたstr遺伝子内に存在している。 [ 2 ]しかし、EF-Gの他の2つの主要な形態がS pirochaetota、P lanctomycetota、およびδ- P roteobacteria（その後分割され、 Bdellovibrionota、Myxococcota、およびThermodesulfobacteriotaに改名された）の一部の種に存在し、これらは伸長因子spdEFG1およびspdEFG2を持つ細菌のspdグループを形成している。 [ 25 ] [ 26 ]

spdEFG1とspdEFG2からは、それぞれミトコンドリア伸長因子mtEFG1（GFM1）とmtEFG2（GFM2）が進化した。[ 25 ] [ 26 ]タンパク質翻訳の伸長と終結におけるEF-Gの2つの役割は、ミトコンドリア伸長因子間で分割されており、mtEFG1は転座を担い、mtEFG2はミトコンドリアRRFによる終結とリボソームリサイクルを担っている。

参照

参考文献

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