Сайт связывания рибосомы - Ribosome-binding site

А сайт связывания рибосомы, или же сайт связывания рибосом (RBS), представляет собой последовательность нуклеотидов перед стартовый кодон из мРНК стенограмма, которая отвечает за набор рибосома во время инициирования трансляция белков. В основном RBS относится к бактериальным последовательностям, хотя внутренние сайты входа рибосом (IRES) были описаны в мРНК эукариотических клеток или вирусов, которые инфицируют эукариоты. Рекрутирование рибосом у эукариот обычно опосредуется Крышка 5 футов присутствует на мРНК эукариот.

Прокариоты

RBS у прокариот находится выше стартового кодона. Эта область мРНК имеет консенсус 5'-AGGAGG-3 ', также называемый Шайн-Дальгарно (SD) последовательность.[1] Комплементарная последовательность (CCUCCU), называемая анти-Шайна-Дальгарно (ASD), содержится на 3 ’конце области 16S меньшей (30S) субъединицы рибосомы. При встрече с последовательностью Шайна-Далгарно ASD рибосомы пар оснований с ним, после чего инициируется перевод.[2][3]

Вариации последовательности 5'-AGGAGG-3 'были обнаружены у архей как высококонсервативные области 5'-GGTG-3', расположенные на 5 пар оснований выше стартового сайта. Кроме того, некоторые бактериальные области инициации, такие как rpsA в E.coli, полностью лишены идентифицируемых последовательностей SD.[4]

Влияние на скорость инициации перевода

Прокариотические рибосомы начинают трансляцию транскрипта мРНК, пока ДНК все еще транскрибируется. Таким образом, перевод и транскрипция - параллельные процессы. Бактериальные мРНК обычно полицистронный и содержат несколько сайтов связывания рибосом. Инициирование трансляции - это наиболее регулируемая стадия синтеза белка у прокариот.[5]

Скорость перевода зависит от двух факторов:

  • скорость, с которой рибосома попадает в RBS
  • скорость, с которой рекрутированная рибосома способна инициировать трансляцию (то есть эффективность инициации трансляции)

Последовательность RBS влияет на оба этих фактора.

Факторы, влияющие на скорость набора рибосом

Рибосомный белок S1 связывается с последовательностями аденина перед RBS. Увеличение концентрации аденина перед RBS увеличит скорость рекрутирования рибосом.[5]

Факторы, влияющие на эффективность инициации перевода

Уровень комплементарности последовательности SD мРНК рибосомному ASD сильно влияет на эффективность инициации трансляции. Более высокая степень взаимодополняемости приводит к более высокой эффективности инициирования.[6] Стоит отметить, что это справедливо только до определенного момента - известно, что наличие слишком большой комплементарности парадоксальным образом снижает скорость трансляции, поскольку в этом случае рибосома оказывается слишком сильно связанной, чтобы двигаться вниз по течению.[6]

Оптимальное расстояние между RBS и стартовым кодоном варьируется - оно зависит от части последовательности SD, закодированной в фактическом RBS, и ее расстояния до стартового сайта консенсусной последовательности SD. Оптимальное расстояние увеличивает скорость инициации трансляции после связывания рибосомы.[6] В одном исследовании было обнаружено, что состав нуклеотидов в самой спейсерной области влияет на скорость инициации трансляции.[7]

Белки теплового шока

Вторичные структуры, образованные RBS, могут влиять на эффективность трансляции мРНК, обычно ингибируя трансляцию. Эти вторичные структуры образованы Н-связью пар оснований мРНК и чувствительны к температуре. При температуре выше обычной (~ 42 ° C) вторичная структура RBS белки теплового шока отменяется, позволяя рибосомам связываться и инициировать трансляцию. Этот механизм позволяет клетке быстро реагировать на повышение температуры.[5]

Эукариоты

Крышка 5 футов

Рекрутирование рибосом в эукариоты происходит, когда факторы инициации эукариот elF4F и поли (A) -связывающий белок (PABP) распознают 5 футов мРНК и рекрутировать рибосомный комплекс 43S в этом месте.[8]

Инициация трансляции происходит после набора рибосомы в стартовый кодон (подчеркнут), находящийся внутри Консенсусная последовательность Козака АККAUGG. Поскольку сама последовательность Козака не участвует в рекрутировании рибосомы, она не считается сайтом связывания рибосомы.[2][8]

Внутренний сайт входа рибосомы (IRES)

Известно, что эукариотические рибосомы связываются с транскриптами по механизму, в отличие от механизма с участием 5'-кэпа, в последовательности, называемой внутренний сайт входа рибосомы. Этот процесс не зависит от полного набора факторов инициации трансляции (хотя это зависит от конкретного IRES) и обычно встречается при трансляции вирусной мРНК.[9]

Аннотация гена

Идентификация RBS используется для определения сайта инициации трансляции в неаннотированной последовательности. Это называется N-терминальным предсказанием. Это особенно полезно, когда несколько стартовых кодонов расположены вокруг потенциального стартового сайта последовательности, кодирующей белок.[10][11]

Идентификация RBS особенно трудна, потому что они имеют тенденцию быть сильно вырожденными.[12] Один из подходов к выявлению RBS у E.coli заключается в использовании нейронные сети.[13] Другой подход - использование Выборка Гиббса метод.[10]

История

Последовательность Шайна-Дальгарно прокариотического RBS была открыта Джон Шайн и Линн Далгарно в 1975 году.[1][14] Консенсусная последовательность Козака была впервые идентифицирована Мэрилин Козак в 1984 г.[15] в то время как она была на кафедре биологических наук в Питтсбургский университет.[16]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Шайн, Дж .; Далгарно, Л. (1975-03-06). «Детерминант специфичности цистронов в бактериальных рибосомах». Природа. 254 (5495): 34–38. Bibcode:1975Натура.254 ... 34С. Дои:10.1038 / 254034a0. PMID  803646.
  2. ^ а б «Требования к последовательности сайта связывания рибосом». www.thermofisher.com. Получено 2015-10-16.
  3. ^ "Справка: сайт связывания рибосом - parts.igem.org". parts.igem.org. Получено 2015-10-16.
  4. ^ Омотахо, Дамилола; Тейт, Трэвис; Чо, Хёк; Чоудхари, Мадхусудан (14 августа 2015 г.). «Распределение и разнообразие сайтов связывания рибосом в геномах прокариот». BMC Genomics. 16 (1): 604. Дои:10.1186 / s12864-015-1808-6. ISSN  1471-2164. ЧВК  4535381. PMID  26268350.
  5. ^ а б c Лаурсен, Брайан Согаард; Соренсен, Ханс Петер; Мортенсен, Ким Куск; Сперлинг-Петерсен, Ханс Уффе (01.03.2005). «Инициирование синтеза белка в бактериях». Обзоры микробиологии и молекулярной биологии. 69 (1): 101–123. Дои:10.1128 / MMBR.69.1.101-123.2005. ISSN  1092-2172. ЧВК  1082788. PMID  15755955.
  6. ^ а б c Де Бур, Герман А .; Хуэй, Анна С. (01.01.1990). «[9] Последовательности внутри сайта связывания рибосомы, влияющие на трансляцию информационной РНК, и способ направления рибосом на отдельные виды информационной РНК». В энзимологии, BT - методы в (ред.). Технология экспрессии генов. Технология экспрессии генов. 185. Академическая пресса. С. 103–114. Дои:10.1016 / 0076-6879 (90) 85011-С. ISBN  9780121820862. PMID  2199771.
  7. ^ Стормо, Гэри Д.; Schneider, Thomas D .; Голд, Ларри М. (1982-05-11). «Характеристика сайтов инициации трансляции в E. coli». Исследования нуклеиновых кислот. 10 (9): 2971–2996. Дои:10.1093 / nar / 10.9.2971. ISSN  0305-1048. ЧВК  320669. PMID  7048258.
  8. ^ а б Hellen, Christopher U.T .; Сарнов, Питер (2001-07-01). «Внутренние сайты входа в рибосомы в молекулах мРНК эукариот». Гены и развитие. 15 (13): 1593–1612. Дои:10.1101 / gad.891101. ISSN  0890-9369. PMID  11445534.
  9. ^ Писарев, Андрей В .; Широких, Николай Е .; Hellen, Christopher U.T. (2005). «Инициирование трансляции путем фактор-независимого связывания эукариотических рибосом с внутренними сайтами входа в рибосомы». Comptes Rendus Biologies. 328 (7): 589–605. Дои:10.1016 / j.crvi.2005.02.004. PMID  15992743.
  10. ^ а б Hayes, William S .; Бородовский, Марк (1998). «Получение статистических моделей сайта связывания рибосом (RBS) из неаннотированных последовательностей ДНК и использование модели RBS для предсказания N-конца» (PDF). Тихоокеанский симпозиум по биокомпьютингу. 3: 279–290.
  11. ^ Ногучи, Хидеки; Танигучи, Такэаки; Ито, Такехико (01.12.2008). «MetaGeneAnnotator: обнаружение видоспецифических паттернов сайта связывания рибосом для точного предсказания генов в анонимных геномах прокариот и фагов». ДНК исследования. 15 (6): 387–396. Дои:10.1093 / dnares / dsn027. ISSN  1340-2838. ЧВК  2608843. PMID  18940874.
  12. ^ Оливейра, Марсиу Феррейра да Силва; Мендес, Даниэле Квинтелла; Феррари, Лучиана Итида; Васконселос, Ана Тереза ​​Рибейро (2004). «Распознавание сайта связывания рибосом с помощью нейронных сетей». Генетика и молекулярная биология. 27 (4): 644–650. Дои:10.1590 / S1415-47572004000400028. ISSN  1415-4757.
  13. ^ Стормо, Гэри Д. (01.01.2000). «Сайты связывания ДНК: представление и открытие». Биоинформатика. 16 (1): 16–23. Дои:10.1093 / биоинформатика / 16.1.16. ISSN  1367-4803. PMID  10812473.
  14. ^ «Профессор Джон Шайн - Институт медицинских исследований Гарвана». www.garvan.org.au. Получено 2015-11-10.
  15. ^ Козак, Мэрилин (25 января 1984). «Компиляция и анализ последовательностей перед сайтом старта трансляции в мРНК эукариот». Исследования нуклеиновых кислот. 12 (2): 857–872. Дои:10.1093 / nar / 12.2.857. ISSN  0305-1048. ЧВК  318541. PMID  6694911.
  16. ^ "Исследование: 10 лучших женщин-ученых 80-х: все меняется | The Scientist Magazine®". Ученый. Получено 2015-11-10.