Translacijska regulacija
Translacijska regulacija se odnosi na kontrolu nivoa sintetiziranog proteina iz njegove iRNK. Ova regulacija je izuzetno važna za ćelijski odgovor na stresore, znakove rasta i diferencijaciju. U poređenju sa translacijskom regulacijom, to rezultira mnogo neposrednijim ćelijskim prilagođavanjem putem direktne regulacije koncentracije proteina. Odgovarajući mehanizmi prvenstveno su usmjereni na kontrolu regrutacije ribosoma na inicijalni kodon, ali mogu uključivati i modulaciju elongacije peptida, završetak sinteze proteina ili biogenezu ribosoma . Iako su ovi opći koncepti široko konzervirani, pokazalo se da se neki od finijih detalja u ovoj vrsti regulacije razlikuju između prokariotskih i eukariotskih organizama.
Kod prokariota
urediInicijacija
urediPokretanje translacije je regulisano dostupnošću ribosomske Shine-Dalgarnove sekvence. Ovaj dio od četiri do devet purinskih ostataka nalazi se uzvodno od inicijacijskog kodona i hibridizuje se u sekvencu bogatu pirimidinom blizu 3' kraja 16S RNK unutar ribosomske podjedinica3 0S| bakterijske ribosomske podjedinice.[1] Polimorfizam u ovoj određenoj sekvenci ima i pozitivne i negativne efekte na efikasnost uparivanja baza i naknadne ekspresije proteina.[2] Inicijaciju također regulišu proteini poznati kao faktori inicijacije koji pružaju kinetičku pomoć pri vezivanju između inicijacijskog kodona i tRNKfMet, koja opskrbljuje 3'-UAC-5' antikodon . IF1 prvo vezuje 30S podjedinicu, podstičući konformacionu promenue[3] što omogućava dodatno vezivanje IF2 i IF3.[4] IF2 osigurava da tRNKfMet ostane u ispravnom položaju dok IF3 lektorira uparivanje baza nicijacijskog kodona, kako bi spriječio nekanonsko inicijaciju na kodonima kao što su AUU i AUC.[5] Općenito, ovi faktori inicijacije su izraženi u jednakoj proporciji sa ribosomima; međutim eksperimenti koji koriste uslove hladnog šoka pokazali su da stvaraju stehiometrijsku neravnotežu između ovih translacijskih mehanizama. U ovom slučaju, dvostruke do trostruke promjene u ekspresiji faktora inicijacije poklapaju se sa povećanom naklonošću prema translaciji specifičnih iRNK hladnog šoka.[6]
Elongacija
urediZbog činjenice da je translacijska elongacija Ireverzibilni proces , malo je poznatih mehanizama njegove regulacije. Međutim, pokazalo se da je translacijska efikasnost smanjena zbog smanjenih pulova tRNK, koji su potrebni za elongaciju polipeptida. Zapravo, bogatstvo ovih grupa tRNK podložno je promjenama kroz ćelijsku opskrbu kisikom.[7]
Terminacija
urediTerminacija translacije zahtijeva koordinaciju između proteina faktora oslobađanja, sekvence iRNK i ribosoma. Kada se pročita terminacijski kodon, faktori oslobađanja RF-1, RF-2 i RF-3 doprinose hidrolizi rastućeg polipeptida, koji završava lanac. Baze nizvodno od stop kodona utiču na aktivnost ovih faktora oslobađanja. U stvari, neke baze proksimalno od stop kodona potiskuju efikasnost translacijske terminacije, smanjujući enzimsku aktivnost faktora oslobađanja. Naprimjer, efikasnost terminacije stop kodona UAAU je blizu 80%, dok je efikasnost UGAC-a kao terminacijskog signala samo 7%.[8]
Kod eukariota
urediInicijacija
urediKada se poredi inicijacija kod eukariota i prokariota, možda je jedna od prvih uočljivih razlika upotreba veće ribosomske podjedinice 80S. Regulacija ovog procesa počinje snabdijevanjem metioninskim antikodonom tRNK koji povezuje bazne parove AUG. Ovo uparivanje baza nastaje mehanizmom skeniranja koji nastaje kada se mala ribosomska podjedinica 40S veže za 5' neprevedeni region (5' UTR) iRNK Upotreba ovog mehanizma skeniranja, za razliku od Shine-Dalgarnove sekvence koja je bila referentna kod prokariota, je sposobnost regulacije translacije uzvodnim sekundarne strukture RNK. Ova inhibicija inicijacije putem složene strukture RNK može se u nekim slučajevima zaobići putem unutrašnjih ribosomskih ulaznih mjesta (IRESs) koja lokaliziraju preinicijacijske komplekse (PIC) na početno mjesto.[9] Pored toga, vođenje PIC-a do 5' UTR koordinira se putem podjedinica PIC-a, poznatih kao eukariotski inicijacijski faktori (eIFs). Kada su neki od ovih proteina smanjeni zbog stresa, inicijacija translacije se smanjuje inhibiranjem kapa-zavisna inicijacije, aktivacija translacije odvija se vezivanjem eIF4E za 5' 7-metilgvanilat kapa. eIF2 je odgovoran za koordinaciju interakcije između Met-tRNAiMet i P-mjesta ribosoma. Regulacija fosforilacijom eIF2 je u velikoj mjeri povezana sa prekidom translacijske inicijacije.[10] Serin-kinaze, GCN2, PERK, PKR i HRI su primjeri mehanizama detekcije za različite ćelijske stresove koji reaguju usporavanjem translacije kroz fosforilaciju eIF2.
Elongacija
urediKarakteristična razlika elongacije kod eukariota u odnosu na prokariote je njeno odvajanje od transkripcije. Dok su prokarioti u stanju da se podvrgnu oba ćelijska procesa istovremeno, prostorno odvajanje koje obezbeđuje jedarna membrana sprečava ovo spajanje kod eukariota. Eukariotski faktor elongacije 2 (eEF2) je regulabilna GTP-zavisna translokaza koja pomiče nastajuće polipeptidne lance sa A-mjesta na P-mjesto u ribosomu. Fosforilacija treonina 56 inhibira vezivanje eEF2 za ribosom.[11] Ćelijski stresori, kao što je anoksija, dokazano izazivaju translacijsku inhibiciju putem ove biohemijske interakcije.[12]
Terminacija
urediMehanički, terminacija eukariotskog prijevoda odgovara njegovom prokariotskom dvojniku. U ovom slučaju, završetak polipeptidnog lanca se postiže hidrolitskim djelovanjem heterodimera koji se sastoji od faktora oslobađanja, eRF1 i eRF3. Kaže se da je translacijska terminacija nepropusna u nekim slučajevima jer nekodirajuće-tRNK mogu da se takmiče sa faktorima oslobađanja da vežu stop kodone. Ovo je moguće zbog podudaranja baze 2 od 3 unutar stop kodona od strane tRNK koje povremeno mogu nadmašiti uparivanje baza faktora oslobađanja.[13] Primer regulacije na nivou terminacije je funkcionalno translacijsko čitanje gena za laktat-dehidrogenazu (LDHB). Ovo čitanje pruža peroksisomski signal ciljanja koji lokalizira različiti LDHBx na peroksisom[14]
U biljaka
urediTranslacija u biljkama je strogo regulirana kao i kod životinja, međutim, nije tako dobro shvaćeno kao regulacija transkripcije. Postoji nekoliko nivoa regulacije, uključujući inicijaciju translacije, promet ioRNK i punjenje ribosoma. Nedavne studije pokazale su da je translacija takođe pod kontrolom cirkadijsog sata. Kao i transkripcija, stanje translacije brojnih iRNK mijenja se tokom dnevnog ciklusa (period dan-noć).[15]
Reference
uredi- ^ Nelson, David L.; Cox, Michael M. (2008). Lehnniger: Principles of Biochemistry(Fifth ed.). W.H. Freeman and Company. p. 243. ISBN 978-0716771081.
- ^ Johnson G (1991). "Interference with phage lambda development by the small subunit of the phage 21 terminase, gp1". Journal of Bacteriology. 173 (9): 2733–2738. PMC 207852 . PMID 1826903.
- ^ Carter, A. P.; Clemons, W. M.; Brodersen, D. E.; Morgan-Warren, R. J.; Hartsch, T.; Wimberly, B. T.; Ramakrishnan, V. Crystal Structure of an Initiation Factor Bound to the 30≪Em≫S≪/Em≫ Ribosomal Subunit. Science 2001, 291, 498– 501, DOI: 10.1126/science.1057766
- ^ Milón P, Maracci C, Filonava L, Gualerzi CO, Rodnina MV. Real-time assembly landscape of bacterial 30S translation initiation complex. Nat Struct Mol Biol. 2012;19:609–615.
- ^ Hartz D, McPheeters DS, Gold L. Selection of the initiator tRNA by Escherichia coli initiation factors. Genes Dev. 1989;3:1899–1912. doi: 10.1101/gad.3.12a.1899.
- ^ Giuliodori A. M., Brandi A., Gualerzi C. O., Pon C. L., 2004. Preferential translation of cold-shock mRNAs during cold adaptation. RNA 10(2): 265–276. 10.1261/rna.5164904
- ^ Taylor, R. C., Webb Robertson, B.-J. M., Markille, L. M., Serres, M. H., Linggi, B. E., Aldrich, J. T., … Wiley, S. (2013). Changes in Translational Efficiency is a Dominant Regulatory Mechanism in the Environmental Response of Bacteria. Integrative Biology : Quantitative Biosciences from Nano to Macro, 5(11), 1393–1406. http://doi.org/10.1039/c3ib40120k
- ^ Poole, E. S., Brown, C. M., & Tate, W. P. (1995). The identity of the base following the stop codon determines the efficiency of in vivo translational termination in Escherichia coli. The EMBO Journal, 14(1), 151–158.
- ^ 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.
- ^ Kimball S.R. Eukaryotic initiation factor eIF2. Int. J. Biochem. Cell Biol. 1999;31:25–29.
- ^ Ovchinnikov LP, Motuz LP, Natapov PG, Averbuch LJ, Wettenhall RE, Szyszka R, Kramer G, Hardesty B. 1990. Three phosphorylation sites in elongation factor 2. FEBS Lett. 275: 209– 212
- ^ Horman S, Browne G, Krause U, Patel J, Vertommen D, Bertrand L, Lavoinne A, Hue L, Proud C, Rider M. 2002. Activation of AMP-activated protein kinase leads to the phosphorylation of elongation factor 2 and an inhibition of protein synthesis. Curr. Biol. 12: 1419– 1423
- ^ Dabrowski M, Bukowy-Bieryllo Z, Zietkiewicz E. Translational readthrough potential of natural termination codons in eucaryotes - the impact of RNA sequence. RNA Biol. 2015;12:950–8.
- ^ Schueren F, Lingner T, George R, Hofhuis J, Gartner J, Thoms S (2014). "Peroxisomal lactate dehydrogenase is generated by translational readthrough in mammals". eLife. 3: e03640. doi:10.7554/eLife.03640.
- ^ Missra, Anamika; Ernest, Ben; Lohoff, Tim; Jia, Qidong; Satterlee, James; Ke, Kenneth; Arnim, Albrecht G. von. "The Circadian Clock Modulates Global Daily Cycles of mRNA Ribosome Loading". The Plant Cell. 27 (9): 2582–2599. doi:10.1105/tpc.15.00546. PMC 4815098 . PMID 26392078.