Внутренний сайт входа рибосомы - Internal ribosome entry site

An внутренний сайт входа рибосомы, сокращенно IRES, является РНК элемент, который позволяет перевод инициации независимо от ограничения, как часть более широкого процесса синтез белка. В эукариотический перевод инициация обычно происходит на 5'-конце молекул мРНК, поскольку распознавание 5'-кэпа требуется для сборки комплекса инициации. Расположение элементов IRES часто находится в 5'UTR, но также может встречаться где-нибудь в мРНК.

История

Последовательности IRES были впервые обнаружены в 1988 г. полиовирус (PV) и геномы РНК вируса энцефаломиокардита (EMCV) в лабораториях Наум Зоненберг[1] и Эккард Виммер,[2] соответственно. Они описаны как отдельные участки молекул РНК, которые способны рекрутировать эукариотический рибосома к мРНК. Этот процесс также известен как перевод, не зависящий от ограничения. Было показано, что элементы IRES имеют отчетливую вторичный или даже третичная структура, но аналогичные структурные особенности на уровнях либо начальный или вторичная структура, общая для всех сегментов IRES, на сегодняшний день не сообщается.

В последние годы молекулярные биологи стали обычным явлением вставлять последовательности IRES в свои векторы, чтобы обеспечить экспрессию двух генов из одного вектора, например трансгена и флуоресцентной репортерной молекулы. Первый ген инициируется на нормальном 5'-кончике, а второй ген инициируется на IRES.[3]

Место расположения

Полиовирус геном, включая IRES.

IRES обычно расположены в 5'UTR из РНК-вирусы и позволяют трансляцию РНК независимым от кэпа образом. Однако мРНК вирусов из Dicistroviridae Семейство имеет две открытые рамки считывания (ORF), и трансляция каждой осуществляется двумя отдельными IRES. Также было высказано предположение, что некоторые млекопитающее клеточные мРНК также имеют IRES. Считается, что эти клеточные элементы IRES расположены в мРНК эукариот, кодирующих гены, участвующие в стресс выживание, и другие процессы, важные для выживания. По данным на сентябрь 2009 г., 60 вирусов животных и 8 вирусов растений содержат элементы IRES, а также 115 последовательностей мРНК, содержащих их.[4]

Активация

IRES часто используются вирусами как средство обеспечения активности вирусной трансляции, когда трансляция хозяина запрещена. Эти механизмы ингибирования трансляции хозяина разнообразны и могут быть инициированы как вирусом, так и хозяином, в зависимости от типа вируса. Однако в случае большинства пикорнавирусов, таких как полиовирус, это достигается вирусным протеолитическим расщеплением eIF4G так что он не может взаимодействовать с 5'cap связывающий белок eIF4E. Взаимодействие между этими двумя факторы инициации эукариот (eIFs) eIF4F комплекс необходим для 40S рибосомальная субъединица рекрутирование на 5'-конец мРНК, которое, как считается, происходит с мРНК 5'cap до 3 ' поли (А) хвост образование петли. Вирус может даже использовать частично расщепленный eIF4G чтобы помочь в инициировании IRES-опосредованной трансляции.

Клетки также могут использовать IRES для увеличения трансляции определенных белков во время митоз и запрограммированная гибель клеток. В митозе клетка дефосфорилирует eIF4E так что у него мало сродства к 5'cap. В результате 40S рибосомальная субъединица , и механизм трансляции перенаправляется на IRES внутри мРНК. Многие белки, участвующие в митозе, кодируются мРНК IRES. При запрограммированной гибели клеток расщепление eIF-4G, например, выполняемое вирусами, снижает трансляцию. Недостаток основных белков способствует гибели клетки, как и трансляция последовательностей мРНК IRES, кодирующих белки, участвующие в контроле гибели клеток.[5]

Механизм

На сегодняшний день механизм вирусной функции IRES лучше охарактеризован, чем механизм клеточной функции IRES,[6] что до сих пор остается предметом споров. ВГС -подобные IRES напрямую связывают 40S рибосомная субъединица, чтобы позиционировать их кодоны инициатора, расположены в рибосомальный P-сайт без сканирования мРНК. Эти IRES все еще используют факторы инициации эукариот (eIF) eIF2, eIF3, eIF5, и eIF5B, но не требуют факторов eIF1, eIF1A, а eIF4F сложный. В отличие, пикорнавирус IRES не связывают субъединицу 40S напрямую, но вместо этого рекрутируются через eIF4G -обвязка сайта.[7] Многие вирусные IRES (и клеточные IRES) требуют дополнительных белков для обеспечения их функции, известных как IRES. транс-действующие факторы (ITAFs). Роль ITAF в работе IRES все еще исследуется.

Тестирование

Тестирование конкретной последовательности РНК на активность IRES основывается на бицистронный репортерная конструкция. Когда сегмент IRES расположен между двумя репортерными открытыми рамками считывания в молекуле эукариотической мРНК (бицистронная мРНК), он может управлять трансляцией нижележащей кодирующей области белка независимо от структуры 5'-кэпа, связанной с 5 'конец молекулы мРНК. В такой установке оба белка производятся в клетке. Первый репортерный белок, расположенный в первом цистроне, синтезируется с помощью кэп-зависимой инициации, тогда как инициация трансляции второго белка направляется элементом IRES, расположенным в межцистронном спейсере между двумя кодирующими областями репортерного белка. Однако есть несколько предостережений, о которых следует помнить при интерпретации данных, полученных с помощью бицистронных репортерных конструкций.[8] Например, есть несколько известных случаев неверного сообщения элементов IRES, которые позже были признаны промоутер -содержащие регионы. Совсем недавно было показано, что акцепторные сайты сплайсинга в пределах нескольких предполагаемых сегментов IRES ответственны за очевидную функцию IRES в анализах бицистронных репортеров.[9]

Приложения

Последовательности IRES часто используются в молекулярной биологии для совместной экспрессии нескольких генов под контролем одного и того же промотора, имитируя тем самым полицистронную мРНК. На одну плазмиду можно поместить несколько генов, и достаточно одного промотора и терминатора. В течение последних десятилетий последовательности IRES использовались для разработки сотен генетически модифицированных моделей грызунов на животных. [10] Преимущество этого метода состоит в том, что улучшается обработка молекул. Проблема IRES в том, что экспрессия каждого последующего гена снижается.[11]

Еще одним вирусным элементом для установления полицистронной мРНК у эукариот являются: 2А-пептиды. Здесь экспрессия гена не снижается.[12]

Типы

Сайты входа в рибосомы в вирусных геномах[7]
ВирусIRES
ПолиовирусПикорнавирус IRES
РиновирусПикорнавирус IRES
Вирус энцефаломиокардитаПикорнавирус IRES
Вирус ящураАфтовирус IRES
Вирус герпеса, связанный с саркомой Капоши (КШВ)Связанный с саркомой герпесвирус Капоши IRES
Вирус гепатита АГепатит А IRES
Вирус гепатита сГепатит C IRES
Вирус классической чумы свинейПестивирус IRES
Вирус вирусной диареи крупного рогатого скотаПестивирус IRES
Друг мышиный лейкоз
Молони мышиный лейкоз (MMLV)
Вирус саркомы Рауса
Вирус иммунодефицита человека
Кишечный вирус Plautia staliВнутренний сайт входа рибосомы крипавируса (IRES)
Вирус паралича сверчкаВнутренний сайт входа рибосомы крипавируса (IRES)
Вирус триатомыВнутренний сайт входа рибосомы крипавируса (IRES)
Вирус Rhopalosiphum padiВнутренний сайт входа в рибосомы вируса Rhopalosiphum padi (IRES)
Вирус болезни Марека MDV5'Лидер IRES и интерцистронный IRES в семействе непосредственных ранних транскриптов размером 1,8 т.п.н. (IRES) 1
Сайты входа в рибосомы в клеточных мРНК[7]
Тип белкаБелки
Факторы ростаФактор роста фибробластов (FGF-1 IRES и FGF-2 IRES ), Фактор роста тромбоцитов B (PDGF /c-sis IRES ), Фактор роста эндотелия сосудов (VEGF IRES ), Инсулиноподобный фактор роста 2 (IGF-II IRES )
Факторы транскрипцииАнтеннапедия, Ультрабиторакс, MYT-2, NF-κB репрессирующий фактор NRF, AML1 /RUNX1, Гомеодоменный белок Gtx
Коэффициенты переводаФактор инициации эукариот 4G (elF4G) a, фактор инициации эукариот 4Gl (elF4Gl) a, Фактор инициации трансляции эукариот 4 гамма 2 (EIF4G2, DAP5)
Онкогеныc-myc, L-myc, Pim-1, протеинкиназа p58PITSLRE, p53
Транспортеры /рецепторыКатионный переносчик аминокислот (SLC7A1, Cat-1), Ядерная форма Notch 2, Калиевый канал с регулируемым напряжением
Активаторы апоптозФактор активации апоптотической протеазы (Апаф-1 )
Ингибиторы апоптозХ-связанный ингибитор апоптоза (XIAP ), HIAP2, Bcl-xL, Bcl-2
Белки локализованы в нейронный дендритыЦитоскелетный белок с регулируемой активностью (ARC), α-субъединица кальций-кальмодулин-зависимая киназа II дендрин, Белок, связанный с микротрубочками 2 (MAP2), нейрогранин (RC3), Белок-предшественник амилоида
ДругиеИммуноглобулин тяжелая цепь связывающий белок (BiP), Белок теплового шока 70, β-субъединица митохондриальной Н + -АТФ-синтазы, Орнитин декарбоксилаза, коннексины 32 и 43, HIF-1α, APC

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Пеллетье Дж, Зоненберг Н. (июль 1988 г.). «Внутренняя инициация трансляции мРНК эукариот, направленная последовательностью, полученной из РНК полиовируса». Природа. 334 (6180): 320–325. Дои:10.1038 / 334320a0. PMID  2839775. S2CID  4327857.
  2. ^ Янг С.К., Кройсслих Х.Г., Никлин М.Дж., Герцог Г.М., Пальменберг А.С., Виммер Э. (август 1988 г.). «Сегмент 5'-нетранслируемой области РНК вируса энцефаломиокардита направляет внутренний вход рибосом во время трансляции in vitro». Журнал вирусологии. 62 (8): 2636–2643. Дои:10.1128 / jvi.62.8.2636-2643.1988. ЧВК  253694. PMID  2839690.
  3. ^ Renaud-Gabardos, E; Hantelys, F; Morfoisse, F; Chaufour, X; Гарми-Сусини, Б; Prats, AC (20 февраля 2015 г.). "Векторы на основе внутренних участков входа в рибосомы для комбинированной генной терапии". Всемирный журнал экспериментальной медицины. 5 (1): 11–20. Дои:10.5493 ​​/ wjem.v5.i1.11. ЧВК  4308528. PMID  25699230.
  4. ^ Мокрейс М., Вопаленский В., Коленатый О., Масек Т., Фекетова З., Секырова П., Скалудова Б., Криз В., Посписек М. (январь 2006 г.). «IRESite: база данных экспериментально проверенных структур IRES (www.iresite.org)». Исследования нуклеиновых кислот. 34 (Выпуск базы данных): D125–30. Дои:10.1093 / nar / gkj081. ЧВК  1347444. PMID  16381829.
  5. ^ Альбертс Б., Джонсон А., Льюис Дж., Рафф М., Робертс К., Уолтер П. (2002). Молекулярная биология клетки. Наука о гирляндах. стр.447–448. ISBN  978-0-8153-4072-0.
  6. ^ Лопес-Ластра М., Ривас А., Баррия М.И. (2005). «Синтез белка в эукариотах: растущая биологическая значимость кэп-независимой инициации трансляции». Биологические исследования. 38 (2–3): 121–146. CiteSeerX  10.1.1.463.2059. Дои:10.4067 / s0716-97602005000200003. PMID  16238092.
  7. ^ а б c Hellen CU, Sarnow P (июль 2001 г.). «Внутренние сайты входа в рибосомы в молекулах мРНК эукариот». Гены и развитие. 15 (13): 1593–1612. Дои:10.1101 / gad.891101. PMID  11445534.
  8. ^ Козак М (2005). «Второй взгляд на клеточные последовательности мРНК, которые, как говорят, функционируют как внутренние сайты входа в рибосомы». Исследования нуклеиновых кислот. 33 (20): 6593–6602. Дои:10.1093 / нар / gki958. ЧВК  1298923. PMID  16314320.
  9. ^ Бараник Б.Т., Лемп Н.А., Нагашима Дж., Хираока К., Касахара Н., Логг CR (март 2008 г.). «Сплайсинг опосредует активность четырех предполагаемых участков входа внутренней рибосомы клетки». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 105 (12): 4733–4738. Дои:10.1073 / pnas.0710650105. ЧВК  2290820. PMID  18326627.
  10. ^ Шаймарданова, АА; Чулпанова Д.С. (2019). «Производство и применение мультицистронных конструкций для лечения различных заболеваний человека». Фармацевтика. 11 (11): 580–590. Дои:10.3390 / фармацевтика11110580. PMID  31698727.
  11. ^ Мичник, Донна; Уэсли, Луиза К .; Дэвис, Моник V .; Кауфман, Рэндал Дж. (1991-08-25). «Улучшенные векторы для стабильной экспрессии чужеродных генов в клетках млекопитающих с использованием нетранслируемой лидерной последовательности из вируса EMC». Исследования нуклеиновых кислот. 19 (16): 4485–4490. Дои:10.1093 / nar / 19.16.4485. ISSN  0305-1048. ЧВК  328638. PMID  1653417.
  12. ^ Ся, Цинъю; Пин Чжао; Ван, Риюань; Ван, Фэн; Ван Юаньчэн (05.11.2015). «Мультигенная экспрессионная система на основе саморасщепляющегося пептида 2A у шелкопряда Bombyx mori». Научные отчеты. 5: 16273. Дои:10.1038 / srep16273. ЧВК  4633692. PMID  26537835.

внешняя ссылка

  • IRESite
  • Малис Н., Маккарти Дж. Э. (март 2011 г.). «Инициирование перевода: можно ожидать вариаций в механизме». Клеточные и молекулярные науки о жизни. 68 (6): 991–1003. Дои:10.1007 / s00018-010-0588-z. PMID  21076851. S2CID  31720000.