eIF2

Фактор инициации эукариот 2 ( eIF2 ) — это фактор инициации эукариот . Он необходим для большинства форм инициации трансляции эукариот . eIF2 опосредует связывание тРНК i Met с рибосомой в зависимости от ГТФ . eIF2 — это гетеротример, состоящий из субъединицы альфа (также называемой субъединицей 1, EIF2S1), бета (субъединица 2, EIF2S2) и гамма (субъединица 3, EIF2S3).

После завершения фазы инициации eIF2 высвобождается из рибосомы, связанной с GDP, в виде неактивного бинарного комплекса. Для участия в следующем раунде инициации трансляции этот GDP должен быть обменен на GTP.

Функция

Процесс инициации трансляции у эукариот с eIF2 светло-зеленым цветом. Показаны и другие факторы.

eIF2 является необходимым фактором для синтеза белка, который образует тройной комплекс (TC) с GTP и инициатором Met - тРНК i Met . После его образования TC связывает рибосомальную субъединицу 40S , образуя преинициативный комплекс 43S (43S PIC). Считается, что сборка 43S PIC стимулируется факторами инициации eIF1 , eIF1A и комплексом eIF3 согласно экспериментам in vitro . Затем 43S PIC связывает мРНК , которая ранее была раскручена комплексом eIF4F . Белки 43S PIC и eIF4F образуют новый комплекс 48S на мРНК, который начинает поиск стартового кодона (AUG) вдоль мРНК . При спаривании оснований AUG-кодона с Met-tRNA, eIF5 (который является активирующим GTPase белком , или GAP) привлекается к комплексу и побуждает eIF2 гидролизовать свой GTP. Это приводит к высвобождению eIF2-GDP из этого комплекса 48S, и трансляция начинается после привлечения рибосомальной субъединицы 60S и образования комплекса инициации 80S . Наконец, с помощью фактора обмена гуаниновых нуклеотидов (GEF) eIF2B , [1] GDP в eIF2 обменивается на GTP, и тройной комплекс преобразуется для нового раунда инициации трансляции. [2] [3] [4]

Структура

eIF2 представляет собой гетеротример с общей молярной массой 126 кДа , состоящий из трех субъединиц: α (субъединица 1), β (субъединица 2) и γ (субъединица 3). Последовательности всех трех субъединиц высококонсервативны (попарная идентичность аминокислот для каждой субъединицы составляет от 47 до 72% при сравнении белков Homo sapiens и Saccharomyces cerevisiae ).

Таблица 1: субъединицы eIF2 [3] [5]
подгруппаАльфаБетаГамма
Молекулярный вес / кДа363852
Сходствосемейство eIF2-альфа
IPR011488		семейство eIF2-бета / eIF5
IPR002735		Семейство факторов элонгации, связывающих ГТФ (и другие)
P41091
ВзаимодействияСвязывание eIF5, eIF2B и РНКСвязывание ГТФ и РНК

α -субъединица содержит основную цель фосфорилирования , серин в позиции 51. Она также содержит домен мотива S1, который является потенциальным сайтом связывания РНК. Таким образом, α-субъединицу можно считать регуляторной субъединицей тримера.

β -субъединица содержит несколько сайтов фосфорилирования (остатки 2, 13, 67, 218). Важно учитывать, что в N-концевом домене (NTD) также есть три лизиновых кластера, которые важны для взаимодействия с eIF2B. Более того, последовательность белка включает мотив цинкового пальца , который, как было показано, играет роль как в образовании тройного комплекса, так и в образовании преинициативного комплекса 43S. Также имеются две последовательности связывания гуаниновых нуклеотидов, которые, как было показано, не участвуют в регуляции активности eIF2. Также считается, что β-субъединица взаимодействует как с тРНК, так и с мРНК.

γ-субъединица включает три сайта связывания гуаниновых нуклеотидов и, как известно, является основным местом стыковки для GTP/GDP. Она также содержит полость связывания тРНК, которая была показана с помощью рентгеновской кристаллографии . Мотив цинкового сустава способен связывать один катион Zn 2+ . [4] [6] [7] Он связан с некоторыми факторами удлинения, такими как EF-Tu . [8]

Регулирование

Регуляция инициации трансляции посредством фосфорилирования Ser51 в α-субъединице eIF2. [9]

Активность eIF2 регулируется механизмом, включающим как обмен гуаниновыми нуклеотидами, так и фосфорилирование. Фосфорилирование происходит в α-субъединице, которая является мишенью для ряда сериновых киназ , фосфорилирующих серин 51. Эти киназы действуют в результате стресса, такого как дефицит аминокислот ( GCN2 ), стресс ER ( PERK ), наличие dsRNA ( PKR ), дефицит гема ( HRI ) или интерферон . [10] После фосфорилирования eIF2 проявляет повышенное сродство к eIF2B, своему GEF. Однако eIF2B способен обменивать GDP на GTP, только если eIF2 находится в нефосфорилированном состоянии. Однако фосфорилированный eIF2 из-за более сильного связывания действует как ингибитор своего собственного GEF (eIF2B). Поскольку клеточная концентрация eIF2B намного ниже, чем у eIF2, даже небольшое количество фосфорилированного eIF2 может полностью отменить активность eIF2B путем секвестрации. Без GEF eIF2 больше не может быть возвращен в свое активное (связанное с GTP) состояние. Как следствие, трансляция останавливается, поскольку инициация больше невозможна без какого-либо доступного тройного комплекса. Более того, низкая концентрация тройного комплекса допускает экспрессию GCN4 (голодное состояние), что, в свою очередь, приводит к повышенной активации генов синтеза аминокислот [2] [3] [4] [9] [11]

Болезнь

Поскольку eIF2 необходим для большинства форм инициации трансляции и, следовательно, синтеза белка, дефекты eIF2 часто оказываются летальными. Белок высококонсервативен среди эволюционно отдаленных видов, что указывает на большое влияние мутаций на жизнеспособность клеток. Поэтому не наблюдается никаких заболеваний, напрямую связанных с мутациями в eIF2. Однако существует множество заболеваний, вызванных подавлением eIF2 через его восходящие киназы. Например, повышенные концентрации активного PKR и неактивного (фосфорилированного) eIF2 были обнаружены у пациентов с нейродегенеративными заболеваниями, такими как болезнь Альцгеймера , болезнь Паркинсона и болезнь Хантингтона . Существует также один доказанный пример заболевания, связанного с GEF eIF2B. Мутации во всех пяти субъединицах eIF2B связаны с болезнью исчезающего белого вещества (VWM), генетической лейкодистрофией, которая вызывает дегенерацию и исчезновение белого вещества мозга. [12] [13] До сих пор не до конца понятно, почему только клетки мозга, по-видимому, подвержены этим дефектам. Потенциально сниженные уровни нестабильных регуляторных белков могут играть роль в развитии упомянутых заболеваний. [4] [14]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ eIF2B состоит из субъединиц EIF2B1 , EIF2B2 , EIF2B3 , EIF2B4 , EIF2B5
  2. ^ ab Kimball SR (1999). "Эукариотический фактор инициации eIF2". Int. J. Biochem. Cell Biol. 31 (1): 25– 9. doi :10.1016/S1357-2725(98)00128-9. PMID  10216940.
  3. ^ abc Hershey JW (1989). "Фосфорилирование белков контролирует скорость трансляции" (PDF) . J. Biol. Chem. 264 (35): 20823– 6. doi : 10.1016/S0021-9258(19)30005-5 . PMID  2687263.
  4. ^ abcd Hinnebusch AG (2005). «Трансляционная регуляция GCN4 и общий аминокислотный контроль дрожжей». Annu. Rev. Microbiol. 59 : 407– 50. doi :10.1146/annurev.micro.59.031805.133833. PMID  16153175.
  5. ^ Kimball SR, Jefferson LS (2004). «Аминокислоты как регуляторы экспрессии генов». Nutr. Metab. 1 (1): 3. doi : 10.1186/1743-7075-1-3 . PMC 524028 . PMID  15507151.  
  6. ^ Roll-Mecak A, Alone P, Cao C, Dever TE, Burley SK (2004). "Рентгеновская структура фактора инициации трансляции eIF2gamma: последствия для связывания тРНК и eIF2alpha". J. Biol. Chem. 279 (11): 10634– 42. doi : 10.1074/jbc.M310418200 . PMID  14688270.
  7. ^ Ito T, Marintchev A, Wagner G (2004). "Структура раствора человеческого фактора инициации eIF2alpha обнаруживает гомологию с фактором элонгации eEF1B". Structure . 12 (9): 1693– 704. doi : 10.1016/j.str.2004.07.010 . PMID  15341733.
  8. ^ Schmitt, E; Blanquet, S; Mechulam, Y (2 апреля 2002 г.). «Большая субъединица фактора инициации aIF2 является близким структурным гомологом факторов удлинения». The EMBO Journal . 21 (7): 1821– 32. doi :10.1093/emboj/21.7.1821. PMC 125960 . PMID  11927566. 
  9. ^ ab Nika J, Rippel S, Hannig EM (2001). «Биохимический анализ комплекса eIF2beta gamma выявляет структурную функцию eIF2alpha в катализируемом обмене нуклеотидов». J. Biol. Chem. 276 (2): 1051– 6. doi : 10.1074/jbc.M007398200 . PMID  11042214.
  10. ^ Регуляция синтеза белка у эукариот. Способ действия eRF, фактора рециркуляции eIF-2 из ретикулоцитов кролика, участвующего в обмене GDP/GTP. Salimans M, Goumans H, Amesz H, Benne R, Voorma HO.Eur J Biochem. 1984 Nov |doi=10.1073/pnas.76.2.600 |pmid=284384 |pmc=382996 |doi-access=free }}
  11. ^ Hope A, Struhl K (1987). "GCN4, эукариотический белок-активатор транскрипции, связывается в виде димера с целевой ДНК". The EMBO Journal . 6 (9): 2781– 2784. doi :10.1002/j.1460-2075.1987.tb02573.x. PMC 553703 . PMID  3678204. 
  12. ^ Кнаап, Марджо С. ван дер; Пронк, Ян К.; Шепер, Герт К. (1 мая 2006 г.). «Исчезающая болезнь белого вещества». Ланцет Неврология . 5 (5): 413–423 . doi :10.1016/S1474-4422(06)70440-9. ISSN  1474-4422. PMID  16632312. S2CID  44301370.
  13. ^ Лигуотер, Питер AJ; Вермюлен, Герр; Кёнст, Андреа AM; Найду, Саккубай; Малдерс, Джойс; Виссер, Аллердин; Керсберген, Паула; Мобах, Драгош; Фондс, Дафна; ван Беркель, Карола ГМ; Леммерс, Ричард JLF (декабрь 2001 г.). «Субъединицы фактора инициации трансляции eIF2B мутантны при лейкоэнцефалопатии с исчезновением белого вещества». Природная генетика . 29 (4): 383–388 . doi : 10.1038/ng764. ISSN  1546-1718. PMID  11704758. S2CID  20313523.
  14. ^ Chang RC, Yu MS, Lai CS (2006). «Значение молекулярной сигнализации для контроля трансляции белков при нейродегенеративных заболеваниях». Neurosignals . 15 (5): 249–58 . doi : 10.1159/000102599 . PMID  17496426.
  • EIF-2 в рубриках медицинских предметов Национальной медицинской библиотеки США (MeSH)
  • Cap-зависимая инициация трансляции из Nature Reviews Microbiology. Хорошее изображение и обзор функции факторов инициации


Регуляция синтеза белка у эукариот. Способ действия eRF, фактора рециркуляции eIF-2 из ретикулоцитов кролика, участвующего в обмене GDP/GTP. Salimans M, Goumans H, Amesz H, Benne R, Voorma HO.Eur J Biochem. 1984 ноябрь

Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=EIF2&oldid=1273807280"