Eukariotska translacija

Eukariotska translacija je biološki proces kojim se informacijska RNK prevodi u proteine u eukariotima. Sastoji se od četiri faze: inicijacije, elongacije, terninacije i ponovnog zatvaranja.

Inicijacija

Proces inicijacije translacije kod eukariota.

Inicijacija translacije je proces kojim se ribozom i njegovi povezani faktori vezuju za mRNK i sklapaju na početnom kodonu. Ovaj proces je definiran ili kao zavisan od kapa, u kojem se ribosom inicijalno veže na 5' kapu, a zatim putuje do stop kodona, ili kao nezavisan od kape, gdje ribosom u početku ne veže 5' kapu.

Kapa-ovisna inicijacija

Neki od proteinskih kompleksa uključenih u inicijaciju

Translacijska inicijacija obično uključuje interakciju određenih ključnih proteina, inicijacijski faktor, sa posebnom oznakom vezanom za 5'-kraj molekule iRNK, 5' kapa, kao i sa 5' UTR. Ovi proteini vezuju malu (40S) ribosomsku podjedinicu i drže iRNK na mjestu. eIF3 povezan je sa ribosomskom podjedinicom 40S i ima ulogu u održavanju velike ribosomske podjedinice (60S) od preranog vezivanja. eIF3 takođe stupa u interakciju sa kompleksom eIF4F, koji se sastoji od tri druga faktora inicijacije: eIF4A, eIF4E i eIF4G. eIF4G je protein skele koji se direktno povezuje i sa eIF3 i sa druge dve komponente. eIF4E je protein koji veže kapicu. Vezivanje kapa pomoću eIF4E često se smatra korakom koji ograničava brzinu inicijacije ovisno o kapi, a koncentracija eIF4E je regulatorna veza translacijske kontrole. Određeni virusi cijepaju dio eIF4G koji veže eIF4E, čime se sprječava kapa-ovisna inicijacija da otme metaboloičke mehanizme domaćina u korist virusnih (kap-neovisnih) poruka. eIF4A je RNK-helikaza ovisna od ATP-a koja pomaže ribosomu, rješavanjem određenih sekundarnih struktura formiranih duž transkripta iRNK.^[1] poli(A)-vezujući protein (PABP) se takođe povezuje sa kompleksom eIF4F, preko eIF4G, i vezuje poli-A rep većine eukariotskih molekula iRNK. Ovaj protein je uključen u cirkularizaciji iRNK tokom translacije.^[2]^[3] Ovaj preinicijacijsk kompleks 43S (43S PIC) praćen proteinskim faktorima kreće se duž lanca iRNK prema njegovom 3'-kraju, u procesu poznatom kao 'skeniranje', da bi došao do početnog kodona (obično AUG ). Kod eukariota i archaea, aminokiselina kodirana početnim kodonom je metionin. Met-nabijena inicijatorska tRNK (Met-tRNK_i^Met) je dovedena na P-mjesto male ribosomske podjedinice pomoću eukariotskog inicijacionog faktora 2 (eIF2 ). Hidrolizuje GTP i signalizira disocijaciju nekoliko faktora iz male ribosomske podjedinice, što na kraju dovodi do povezivanja velike podjedinice (ili podjedinice 60S). Kompletan ribosom (80S) tada započinje translacijsku elongaciju. Na regulacijua sinteze proteina djelomično utiče fosforilacija eIF2 (preko α podjedinice), koja je dio eIF2-GTP-Met-tRNK_i^Met ternarni kompleks (eIF2-TC). Kada se fosforilira veliki broj eIF2, sinteza proteina je inhibirana. To se događa u slučaju gladovanja u aminokiselinama ili nakon virusne infekcije. Međutim, mali dio ovog faktora inicijacije prirodno je fosforiliran. Drugi regulator je 4EBP, koji se vezuje za faktor inicijacije eIF4E i inhibira njegove interakcije sa eIF4G, čime se sprečava inicijacija zavisno od kapa. Kako bi se suprotstavili efektima 4EBP, faktori rasta fosforiliraju 4EBP, smanjujući njegov afinitet za eIF4E i omogućavajući sintezu proteina.

Dok je sinteza proteina globalno regulirana modulacijom ekspresije ključnih faktora inicijacije, kao i broja ribosoma, pojedinačne iRNK mogu imati različite brzine translacije zbog prisustva elemenata regulatorne sekvence. Pokazalo se da je ovo važno u različitim okruženjima, uključujući mejozu kvasca i odgovor etilena u biljkama. Osim toga, nedavni radovi na kvascima i ljudima sugeriraju da divergentna evolucija u cis-regulatornim sekvencama može uticati na regulaciju translacije.^[4] Dodatno, RNK helikaze kao što su DHX29 i Ded1/DDX3 mogu učestvovati u procesu translacijske inicijacije, posebno za iRNK sa strukturiranim 5' UTR-ima.^[5]

Kapa-neovisna inicijacija

Najbolje proučen primjer inicijacije translacije neovisne o kapici kod eukariota koristi unutrašnje mjesto unosa ribosoma (IRES). Za razliku od kapa-zavisne translacije, kapa-neovisna translacija ne zahtijeva 5' kapu za pokretanje skeniranja od 5' kraja iRNK do početnog kodona. Ribosom se može lokalizirati na početno mjesto direktnim vezivanjem, faktorima inicijacije i/ili ITAF-ovima (IRES trans-djelujući faktori) zaobilazeći potrebu da se skenira cijeli 5' UTR. Ovaj način translacije je važna u uslovima koji zahtevaju translaciju specifičnih iRNK tokom ćelijskog stresa, kada je ukupna translacija smanjena. Primjeri uključuju faktore koji reaguju na apoptozu i reakcije izazvane stresom.^[6]

Elongacija

Faze elongacije i ciljanja membrane eukariotske translacije. Ribosom je zelen i žut, tRNK su tamnoplave, a ostali uključeni proteini su svijetloplavi

Elongacija zavisi od eukariotskih faktora elongacije. Na kraju koraka inicijacije, iRNK se postavlja tako da sljedeći kodon može biti preveden tokom faze elongacije sinteze proteina. Inicijatorska tRNK zauzima P-mjesto u ribosomu, a A-mjesto je spremno da primi aminoacil-tRNK. Tokom elongacije lanca, svaka dodatna aminokiselina se dodaje u nastajajući polipeptidni lanac u mikrociklusu od tri koraka. Koraci u ovom mikrociklusu su (1) pozicioniranje ispravne aminoacil-tRNK na N-mjestu ribosoma, koje se na to mjesto dovodi eIF2, (2) formiranje peptidne veze i (3) pomicanje iRNK za jedan kodon u odnosu na ribosom.

Za razliku od bakterija, kod kojih se inicijacija translacije događa čim se sintetizira 5' kraj iRNK, kod eukariota tako čvrsto spajanje između transkripcije i translacije nije moguće jer se transkripcija i translacija odvijaju u odvojenim dijelovima ćelije (ćelijsko jedro i citoplazma). Prekursori eukariotske iRNK moraju se obraditi u jedru (npr. zatvaranje, poliadenilacija, prerada) u ribosomima prije nego što se izvoze u citoplazmu radi translacije. Na translaciju može uticati i ribosomsk pauza, koja može pokrenuti endonukleolitski napad tRNK, proces zvani raspad iRNK koji se ne kreće. Ribosomna pauza također pomaže kotranslacijskom savijanju polipeptida u nastajanju na ribosomu i odlaže translaciju proteina dok on kodira tRNK. Ovo može izazvati ribosomski pomak okvira.^[7]

Terminacija

Terminacija elongacije zavisi od eukariotskog faktora oslobađanja. Proces je sličan onom kod bakterijske termincije, ali za razliku od bakterijske terminacije, postoji univerzalni faktor oslobađanja, eRF1, koji prepoznaje sva tri stop kodona. Po završetku, ribosom se rastavlja i kompletirani polipeptid se oslobađa. eRF3 je GTPaza zavisna od ribosoma koja pomaže eRF1 da oslobodi završeni polipeptid. Ljudski genom kodira nekoliko gena čiji stop kodon mRNK iznenađujuće propušta: U ovim genima, završetak translacije je neefikasan zbog posebnih baza RNK u blizini stop kodona. Nepropusna terminacija u ovim genima dovodi do translacijsko očitavanje do 10% stop kodona ovih gena. Neki od ovih gena kodiraju funkcionalne proteinske domene u svom proširenju čitanja tako da mogu nastati nove izoforme proteina. Ovaj proces je nazvan 'funkcionalno translacijsko čitanje'.^[8]

Regulacija i modificiranje translacije

Translacija je jedan od ključnih potrošača energije u ćelijama, stoga je strogo regulirana. Razvili su se brojni mehanizmi koji kontrolišu i regulišu translaciju kod eukariota kao i prokariota.

Zamjena aminokiselina

U nekim ćelijama određene aminokiseline mogu biti iscrpljene i na taj način uticati na efikasnost translacije. Naprimjer, aktivirane T-ćelije luče interferon-γ koji pokreće unutarćelijski nedostatak triptofana regulacijom enzima indoleamin 2,3-dioksigenaze 1 (IDO1). Iznenađujuće, uprkos iscrpljenju triptofana, sinteza proteina u okviru se nastavlja preko triptofanskog kodona. Ovo se postiže ugradnjom fenilalanina umjesto triptofana. Rezultirajući peptidi se nazivaju W>F "supstitutenti". Takvih W>F supstitutenata ima u izobilju u određenim tipovima kancera i povezani su sa povećanom ekspresijom IDO1. Funkcionalno, supstitutenti W>F mogu narušiti aktivnost proteina.^[9]

Također pogledajte

Reference

^ Hellen CU, Sarnow P (juli 2001). "Internal ribosome entry sites in eukaryotic mRNA molecules". Genes & Development. 15 (13): 1593–612. doi:10.1101/gad.891101. PMID 11445534.
^ Malys N, McCarthy JE (mart 2011). "Translation initiation: variations in the mechanism can be anticipated". Cellular and Molecular Life Sciences. 68 (6): 991–1003. doi:10.1007/s00018-010-0588-z. PMID 21076851. S2CID 31720000.
^ Wells SE, Hillner PE, Vale RD, Sachs AB (juli 1998). "Circularization of mRNA by eukaryotic translation initiation factors". Molecular Cell. 2 (1): 135–40. doi:10.1016/S1097-2765(00)80122-7. PMID 9702200.
^ Cenik C, Cenik ES, Byeon GW, Grubert F, Candille SI, Spacek D, Alsallakh B, Tilgner H, Araya CL, Tang H, Ricci E, Snyder MP (novembar 2015). "Integrative analysis of RNA, translation, and protein levels reveals distinct regulatory variation across humans". Genome Research. 25 (11): 1610–21. doi:10.1101/gr.193342.115. PMC 4617958. PMID 26297486.
^ Pisareva VP, Pisarev AV, Komar AA, Hellen CU, Pestova TV (decembar 2008). "Translation initiation on mammalian mRNAs with structured 5'UTRs requires DExH-box protein DHX29". Cell. 135 (7): 1237–50. doi:10.1016/j.cell.2008.10.037. PMC 2948571. PMID 19109895.
^ López-Lastra M, Rivas A, Barría MI (2005). "Protein synthesis in eukaryotes: the growing biological relevance of cap-independent translation initiation". Biological Research. 38 (2–3): 121–46. doi:10.4067/s0716-97602005000200003. PMID 16238092.
^ Buchan JR, Stansfield I (septembar 2007). "Halting a cellular production line: responses to ribosomal pausing during translation". Biology of the Cell. 99 (9): 475–87. doi:10.1042/BC20070037. PMID 17696878.
^ Schueren F, Thoms S (august 2016). "Functional Translational Readthrough: A Systems Biology Perspective". PLOS Genetics. 12 (8): e1006196. doi:10.1371/JOURNAL.PGEN.1006196. PMC 4973966. PMID 27490485.
^ Pataskar, Abhijeet; Champagne, Julien; Nagel, Remco; Kenski, Juliana; Laos, Maarja; Michaux, Justine; Pak, Hui Song; Bleijerveld, Onno B.; Mordente, Kelly; Navarro, Jasmine Montenegro; Blommaert, Naomi (24. 3. 2022). "Tryptophan depletion results in tryptophan-to-phenylalanine substitutants". Nature (jezik: engleski). 603 (7902): 721–727. doi:10.1038/s41586-022-04499-2. ISSN 0028-0836. PMC 8942854 Provjerite vrijednost parametra |pmc= (pomoć). PMID 35264796 Provjerite vrijednost parametra |pmid= (pomoć).

Vanjski linkovi

[1] Hellen CU, Sarnow P (juli 2001). "Internal ribosome entry sites in eukaryotic mRNA molecules". Genes & Development. 15 (13): 1593–612. doi:10.1101/gad.891101. PMID 11445534.

[Malys-2] Malys N, McCarthy JE (mart 2011). "Translation initiation: variations in the mechanism can be anticipated". Cellular and Molecular Life Sciences. 68 (6): 991–1003. doi:10.1007/s00018-010-0588-z. PMID 21076851. S2CID 31720000.

[Wells-3] Wells SE, Hillner PE, Vale RD, Sachs AB (juli 1998). "Circularization of mRNA by eukaryotic translation initiation factors". Molecular Cell. 2 (1): 135–40. doi:10.1016/S1097-2765(00)80122-7. PMID 9702200.

[Cenik2015-4] Cenik C, Cenik ES, Byeon GW, Grubert F, Candille SI, Spacek D, Alsallakh B, Tilgner H, Araya CL, Tang H, Ricci E, Snyder MP (novembar 2015). "Integrative analysis of RNA, translation, and protein levels reveals distinct regulatory variation across humans". Genome Research. 25 (11): 1610–21. doi:10.1101/gr.193342.115. PMC 4617958. PMID 26297486.

[Pisareva_Pisarev_Komar_Hellen_2008_pp._1237–1250-5] Pisareva VP, Pisarev AV, Komar AA, Hellen CU, Pestova TV (decembar 2008). "Translation initiation on mammalian mRNAs with structured 5'UTRs requires DExH-box protein DHX29". Cell. 135 (7): 1237–50. doi:10.1016/j.cell.2008.10.037. PMC 2948571. PMID 19109895.

[LopezLastra-6] López-Lastra M, Rivas A, Barría MI (2005). "Protein synthesis in eukaryotes: the growing biological relevance of cap-independent translation initiation". Biological Research. 38 (2–3): 121–46. doi:10.4067/s0716-97602005000200003. PMID 16238092.

[pmid17696878-7] Buchan JR, Stansfield I (septembar 2007). "Halting a cellular production line: responses to ribosomal pausing during translation". Biology of the Cell. 99 (9): 475–87. doi:10.1042/BC20070037. PMID 17696878.

[readthrough-8] Schueren F, Thoms S (august 2016). "Functional Translational Readthrough: A Systems Biology Perspective". PLOS Genetics. 12 (8): e1006196. doi:10.1371/JOURNAL.PGEN.1006196. PMC 4973966. PMID 27490485.

[9] Pataskar, Abhijeet; Champagne, Julien; Nagel, Remco; Kenski, Juliana; Laos, Maarja; Michaux, Justine; Pak, Hui Song; Bleijerveld, Onno B.; Mordente, Kelly; Navarro, Jasmine Montenegro; Blommaert, Naomi (24. 3. 2022). "Tryptophan depletion results in tryptophan-to-phenylalanine substitutants". Nature (jezik: engleski). 603 (7902): 721–727. doi:10.1038/s41586-022-04499-2. ISSN 0028-0836. PMC 8942854 Provjerite vrijednost parametra |pmc= (pomoć). PMID 35264796 Provjerite vrijednost parametra |pmid= (pomoć).

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]