Фактор бактериальной инициации
Белок, стабилизирующий комплекс инициации трансляции полипептида

Бактериальный фактор инициации (ИФ) — это белок , который стабилизирует комплекс инициации для трансляции полипептида .

Инициация трансляции необходима для синтеза белка и регулирует точность и эффективность трансляции мРНК у бактерий . [1] Субъединица рибосомы 30S , инициаторная тРНК и мРНК образуют комплекс инициации для удлинения. [2] Этот сложный процесс требует трех основных белковых факторов у бактерий – IF1, IF2 и IF3. [3] Эти факторы связываются с субъединицей 30S и способствуют правильному выбору кодона инициации на мРНК. [4] IF1, наименьший фактор с молекулярной массой 8,2 кДа, блокирует связывание тРНК-элонгатора в A-сайте. [5] IF2 является основным компонентом, который транспортирует тРНК-инициатор в P-сайт. [6] IF3 проверяет спаривание кодона-антикодон P-сайта и отклоняет неправильные комплексы инициации. [7]

Упорядоченный механизм инициации начинается с присоединения IF3 к субъединице 30S и изменения ее формы. [8] Затем присоединяется IF1, за которым следует связывание мРНК и начало взаимодействия кодона с сайтом P. [9] IF2 входит с инициирующей тРНК и помещает ее на стартовый кодон. [6] Гидролиз GTP IF2 высвобождает его и IF3, что позволяет присоединиться к субъединице 50S. [10] Скоординированное связывание и активность IF1, IF2 и IF3 необходимы для быстрой и точной инициации трансляции у бактерий. Они облегчают выбор стартового кодона и собирают активную, готовую к синтезу белка рибосому 70S.

IF1

Бактериальный фактор инициации 1 ассоциируется с 30S рибосомальной субъединицей в сайте A и предотвращает проникновение аминоацил-тРНК . Он модулирует связывание IF2 с рибосомой , увеличивая ее сродство. Он также может предотвращать связывание 50S субъединицы , останавливая образование 70S субъединицы. Он также содержит β-доменную складку, обычную для белков, связывающих нуклеиновые кислоты. Он является гомологом eIF1A . Фактор инициации IF-1 является наименьшим фактором трансляции , всего 8,2 кДа. [11] Помимо блокирования сайта A, он влияет на динамику ассоциации и диссоциации рибосом. IF-1 усиливает диссоциацию с IF-3, вероятно, вызывая конформационные изменения в 30S субъединице. [12] Он также увеличивает сродство связывания IF-2 с субъединицей 30S, возможно, путем изменения конфигурации субъединицы. [13] Хотя IF-1 занимает A-сайт, он делает это способом, отличным от связывания тРНК . Структурные исследования показывают, что IF-1 вставляет петлю в малую бороздку спирали 44 16S рРНК , выворачивая основания A1492 и A1493. [14] Эта вставка изменяет положение нуклеотидов спирали 44, передавая конформационное изменение на расстояние 70Å и поворачивая головку субъединицы 30S. Мутанты IF-1 могут проявлять фенотипы, чувствительные к холоду, что указывает на роль фактора в адаптации к холодовому шоку. [15] Некоторые мутации также приводят к o генов при низких температурах, что позволяет предположить, что IF-1 участвует в регуляции генов . [16] IF-1 активно изменяет структуру и динамику рибосомы во время инициации, в дополнение к простому блокированию А-сайта.

IF2

Фактор инициации IF2 является важнейшим компонентом в процессе синтеза белка. Самым крупным из трех незаменимых факторов инициации трансляции является IF-2, который обладает молекулярной массой 97 кДа. [17] [18] Белок имеет множество доменов, включая N-концевой домен, домен ГТФазы, линкерную область, домены C1, C2 и C-концевые домены. Домен ГТФазы охватывает мотив G1-G5, который отвечает за связывание и гидролиз ГТФ. [19] Активность IF2 регулируется конформационными изменениями, вызванными связыванием и гидролизом ГТФ. [6] Основная функция IF-2 заключается в транспортировке инициирующей fMet-тРНК к P-сайту 30S рибосомальной субъединицы. [20] Домен C2 IF2 обладает уникальной аффинностью распознавания и связывания с инициирующей тРНК. Было обнаружено, что белок IF-2 образует тройной комплекс при взаимодействии с GTP и fMet-тРНК. [21] Было обнаружено, что этот комплекс взаимодействует с субъединицей 30S. [6] Инициация трансляции мРНК включает размещение стартового кодона в P-сайте через основание кодон-антикодон, совпадающее с антикодоном тРНК. [22] IF2 регулирует точность выбора стартового кодона и ингибирует связывание элонгаторных тРНК путем селективного связывания с fMet-тРНК. [23] Кроме того, он перемещает инициаторную тРНК на субъединицу 30S для улучшения оптимального контакта с P-сайтом. [24] Кроме того, IF2 проявляет активность РНК-шаперона, что позволяет ему исправлять неправильно свернутые структуры РНК. В целом белок IF2 играет решающую роль в координации многих этапов инициации трансляции, включая связывание мРНК и fMet-тРНК со стартовым кодоном, соединение субъединиц и активацию ГТФазы.

IF3

Фактор инициации IF3 — это небольшой белок массой 21 кДа, содержащий два компактных домена α/β (IF3C и IF3N), соединенных гибким лизиновым линкером. [25] [26] Большинство функций IF3 опосредованы доменом IF3C, в то время как IF3N регулирует связывание субъединицы 30S. Бактериальный фактор инициации 3 (infC) не всегда встречается у всех видов бактерий, но в E. coli он необходим для связывания субъединицы 30S с сайтом инициации в мРНК. IF3 требуется малой субъединице для формирования комплексов инициации, но должен быть высвобожден, чтобы позволить субъединице 50S связаться. [27] [28] IF3 прикрепляется к платформенной стороне субъединицы 30S, близко к спиралям 23, 24, 25, 26 и 45 16S рРНК, а также к рибосомным белкам S7, S11 и S12. [29] Домен IF3C взаимодействует с субъединицей 30S через свои консервативные основные остатки R99, R116, R147 и R168. [30] Основная функция IF3 заключается в проверке спаривания кодон-антикодон в P-сайте во время выбора стартового кодона. [7] Он ускоряет диссоциацию неканонических инициирующих комплексов, содержащих несовпадающие или неправильные тРНК. [31] [32] IF3 также проверяет инициаторную тРНК, отклоняя элонгаторные тРНК, а также способствует диссоциации рибосомы 70S на субъединицы, обеспечивая пул свободных субъединиц 30S для инициации. [9] Другая ключевая роль IF3 заключается в перемещении мРНК на субъединице 30S из резервного сайта в сайт декодирования P-сайта для выбора стартового кодона. [33] [34] IF3 работает совместно с IF1 и IF2 во время инициации и модулирует связывание IF2 и повышает точность выбора стартового кодона.

Ссылки

  1. ^ Laursen BS, Sørensen HP, Mortensen KK, Sperling-Petersen HU (март 2005 г.). «Инициация синтеза белка у бактерий». Microbiology and Molecular Biology Reviews . 69 (1): 101– 123. doi :10.1128/mmbr.69.1.101-123.2005. PMC  1082788. PMID  15755955 .
  2. ^ Steitz JA, Jakes K (декабрь 1975 г.). «Как рибосомы выбирают инициаторные регионы в мРНК: образование пар оснований между 3'-концом 16S рРНК и мРНК во время инициации синтеза белка в Escherichia coli». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 72 (12): 4734– 4738. Bibcode : 1975PNAS...72.4734S. doi : 10.1073/pnas.72.12.4734 . PMC 388805. PMID  1107998 . 
  3. ^ Gualerzi CO, Pon CL (июнь 1990). «Инициация трансляции мРНК у прокариот». Биохимия . 29 (25): 5881– 5889. doi :10.1021/bi00477a001. PMID  2200518.
  4. ^ McCarthy JE, Brimacombe R (ноябрь 1994 г.). «Прокариотическая трансляция: интерактивный путь, ведущий к инициации». Trends in Genetics . 10 (11): 402– 407. doi :10.1016/0168-9525(94)90057-4. PMID  7809946.
  5. ^ Celano B, Pawlik RT, Gualerzi CO (декабрь 1988 г.). «Взаимодействие фактора инициации трансляции Escherichia coli IF-1 с рибосомами». European Journal of Biochemistry . 178 (2): 351–355 . doi : 10.1111/j.1432-1033.1988.tb14457.x . PMID  3061814.
  6. ^ abcd La Teana A, Pon CL, Gualerzi CO (март 1996). "Поздние события в инициации трансляции. Регулировка fMet-tRNA в рибосомальном P-сайте". Журнал молекулярной биологии . 256 (4): 667– 675. doi :10.1006/jmbi.1996.0116. PMID  8642589.
  7. ^ ab Sussman JK, Simons EL, Simons RW (июль 1996 г.). "Фактор инициации трансляции Escherichia coli 3 различает кодон инициации in vivo". Молекулярная микробиология . 21 (2): 347– 360. doi :10.1046/j.1365-2958.1996.6371354.x. PMID  8858589. S2CID  31289254.
  8. ^ Fabbretti A, Pon CL, Hennelly SP, Hill WE, Lodmell JS, Gualerzi CO (январь 2007 г.). «Путь фактора трансляции IF3 на рибосому и с нее в реальном времени». Molecular Cell . 25 (2): 285–296 . doi : 10.1016/j.molcel.2006.12.011 . PMID  17244535.
  9. ^ ab La Teana A, Gualerzi CO, Brimacombe R (октябрь 1995 г.). «От резервного к декодирующему сайту. Регулировка мРНК на 30S рибосомальной субъединице под влиянием факторов инициации». РНК . 1 (8): 772–782 . PMC 1369318 . PMID  7493323. 
  10. ^ Antoun A, Pavlov MY, Andersson K, Tenson T, Ehrenberg M (октябрь 2003 г.). «Роль фактора инициации 2 и гуанозинтрифосфата в инициации синтеза белка». The EMBO Journal . 22 (20): 5593– 5601. doi :10.1093/emboj/cdg525. PMC 213779. PMID  14532131. 
  11. ^ Paci M, Pon CL, Gualerzi CO (август 1988 г.). «Структурно-функциональная связь в факторах инициации трансляции Escherichia coli. Характеристика IF1 с помощью спектроскопии 1H-ЯМР высокого разрешения». FEBS Letters . 236 (2): 303– 308. Bibcode : 1988FEBSL.236..303P. doi : 10.1016/0014-5793(88)80042-5 . PMID  3044826. S2CID  31852223.
  12. ^ Dottavio-Martin D, Suttle DP, Ravel JM (январь 1979). "Влияние факторов инициации IF-1 и IF-3 на диссоциацию рибосом Escherichia coli 70 S". FEBS Letters . 97 (1): 105– 10. Bibcode : 1979FEBSL..97..105D. doi : 10.1016/0014-5793(79)80062-9 . PMID  367813. S2CID  39582391.
  13. ^ Celano B, Pawlik RT, Gualerzi CO (декабрь 1988 г.). «Взаимодействие фактора инициации трансляции Escherichia coli IF-1 с рибосомами». European Journal of Biochemistry . 178 (2): 351–355 . doi : 10.1111/j.1432-1033.1988.tb14457.x . PMID  3061814.
  14. ^ Carter AP, Clemons WM, Brodersen DE, Morgan-Warren RJ, Hartsch T, Wimberly BT, Ramakrishnan V (январь 2001 г.). «Кристаллическая структура фактора инициации, связанного с рибосомальной субъединицей 30S». Science . 291 (5503): 498– 501. Bibcode :2001Sci...291..498C. doi :10.1126/science.1057766. PMID  11228145.
  15. ^ Croitoru V, Bucheli-Witschel M, Hägg P, Abdulkarim F, Isaksson LA (февраль 2004 г.). «Создание и характеристика функциональных мутантов в факторе инициации трансляции IF1 Escherichia coli». European Journal of Biochemistry . 271 (3): 534–544 . doi : 10.1046/j.1432-1033.2003.03954.x . PMID  14728680.
  16. ^ Croitoru VV, Bucheli-Witschel M, Isaksson LA (февраль 2005 г.). «In vivo участие мутировавшего фактора инициации IF1 в контроле экспрессии генов на трансляционном уровне». FEBS Letters . 579 (5): 995– 1000. Bibcode : 2005FEBSL.579..995C. doi : 10.1016/j.febslet.2004.12.072 . PMID  15710381. S2CID  37744376.
  17. ^ Gualerzi CO, Brandi L, Caserta E, Garofalo C, Lammi M, La Teana A и др. (2001-01-01). «Факторы инициации в ранних событиях трансляции мРНК у бактерий». Симпозиумы Cold Spring Harbor по количественной биологии . 66 : 363– 376. doi :10.1101/sqb.2001.66.363. PMID  12762039.
  18. ^ Mortensen KK, Kildsgaard J, Moreno JM, Steffensen SA, Egebjerg J, Sperling-Petersen HU (декабрь 1998 г.). «Шестидоменная структурная модель фактора инициации трансляции Escherichia coli IF2. Характеристика двенадцати поверхностных эпитопов». Biochemistry and Molecular Biology International . 46 (5): 1027– 1041. doi :10.1080/15216549800204582. PMID  9861457. S2CID  24983166.
  19. ^ Roll-Mecak A, Cao C, Dever TE, Burley SK (ноябрь 2000 г.). "Рентгеновские структуры универсального фактора инициации трансляции IF2/eIF5B: конформационные изменения при связывании GDP и GTP". Cell . 103 (5): 781– 792. doi : 10.1016/s0092-8674(00)00181-1 . PMID  11114334. S2CID  16829369.
  20. ^ Spurio R, Brandi L, Caserta E, Pon CL, Gualerzi CO, Misselwitz R и др. (январь 2000 г.). «С-концевой субдомен (IF2 C-2) содержит весь сайт связывания fMet-tRNA фактора инициации IF2». Журнал биологической химии . 275 (4): 2447– 2454. doi : 10.1074/jbc.275.4.2447 . PMID  10644698.
  21. ^ Milón P, Maracci C, Filonava L, Gualerzi CO, Rodnina MV (май 2012). "Пейзаж сборки в реальном времени бактериального комплекса инициации трансляции 30S". Nature Structural & Molecular Biology . 19 (6): 609– 615. doi : 10.1038/nsmb.2285. hdl : 11858/00-001M-0000-000F-9BC6-4 . PMID  22562136. S2CID  15128390.
  22. ^ La Teana A, Gualerzi CO, Dahlberg AE (август 2001 г.). «Фактор инициации IF 2 связывается с петлей альфа-сарцина и спиралью 89 рибосомальной РНК Escherichia coli 23S». РНК . 7 (8): 1173– 1179. doi :10.1017/S1355838201010366. PMC 1370164 . PMID  11497435. 
  23. ^ Tomsic J, Vitali LA, Daviter T, Savelsbergh A, Spurio R, Striebeck P, et al. (Май 2000). "Поздние события инициации трансляции у бактерий: кинетический анализ". The EMBO Journal . 19 (9): 2127– 2136. doi :10.1093/emboj/19.9.2127. PMC 305682. PMID  10790378 . 
  24. ^ Калдас Т., Лаалами С., Ришарм Г. (январь 2000 г.). «Шаперонные свойства бактериального фактора элонгации EF-G и фактора инициации IF2». Журнал биологической химии . 275 (2): 855–860 . doi : 10.1074/jbc.275.2.855 . ПМИД  10625618.
  25. ^ Biou V, Shu F, Ramakrishnan V (август 1995). "Рентгеновская кристаллография показывает, что фактор инициации трансляции IF3 состоит из двух компактных альфа/бета-доменов, связанных альфа-спиралью". The EMBO Journal . 14 (16): 4056– 4064. doi :10.1002/j.1460-2075.1995.tb00077.x. PMC 394484 . PMID  7664745. 
  26. ^ Petrelli D, LaTeana A, Garofalo C, Spurio R, Pon CL, Gualerzi CO (август 2001 г.). «Фактор инициации трансляции IF3: два домена, пять функций, один механизм?». The EMBO Journal . 20 (16): 4560– 4569. doi :10.1093/emboj/20.16.4560. PMC 125572. PMID  11500382 . 
  27. ^ Pioletti M, Schlünzen F, Harms J, Zarivach R, Glühmann M, Avila H, et al. (Апрель 2001). «Кристаллические структуры комплексов малой рибосомальной субъединицы с тетрациклином, эдеином и IF3». The EMBO Journal . 20 (8): 1829– 1839. doi :10.1093/emboj/20.8.1829. PMC 125237. PMID  11296217 . 
  28. ^ McCutcheon JP, Agrawal RK, Philips SM, Grassucci RA, Gerchman SE, Clemons WM и др. (апрель 1999 г.). «Расположение фактора инициации трансляции IF3 на малой субъединице рибосомы». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 96 (8): 4301– 4306. Bibcode : 1999PNAS...96.4301M. doi : 10.1073 /pnas.96.8.4301 . PMC 16327. PMID  10200257. 
  29. ^ Petrelli D, Garofalo C, Lammi M, Spurio R, Pon CL, Gualerzi CO, La Teana A (август 2003 г.). «Картирование активных участков бактериального фактора инициации трансляции IF3». Журнал молекулярной биологии . 331 (3): 541– 556. doi :10.1016/S0022-2836(03)00731-9. PMID  12899827.
  30. ^ Sussman JK, Simons EL, Simons RW (июль 1996 г.). «Фактор инициации трансляции Escherichia coli 3 различает кодон инициации in vivo». Молекулярная микробиология . 21 (2): 347– 360. doi :10.1046/j.1365-2958.1996.6371354.x. PMID  8858589. S2CID  31289254.
  31. ^ Hartz D, Binkley J, Hollingsworth T, Gold L (октябрь 1990 г.). «Домены инициаторной тРНК и инициирующий кодон, имеющие решающее значение для выбора инициаторной тРНК IF3 Escherichia coli». Genes & Development . 4 (10): 1790–1800 . doi : 10.1101/gad.4.10.1790 . PMID  1701151. S2CID  30323548.
  32. ^ Грюнберг-Манаго М., Дессен П., Панталони Д., Годфрой-Колберн Т., Вольфе А.Д., Дондон Дж. (май 1975 г.). «Исследования рассеяния света, показывающие влияние факторов инициации на обратимую диссоциацию рибосом Escherichia coli». Журнал молекулярной биологии . 94 (3): 461– 478. doi :10.1016/0022-2836(75)90215-6. PMID  1100842.
  33. ^ Wintermeyer W, Gualerzi C (февраль 1983 г.). «Влияние факторов инициации Escherichia coli на кинетику связывания N-Acphe-tRNAPhe с 30S рибосомальными субъединицами. Исследование с остановленным флуоресцентным потоком». Биохимия . 22 (3): 690– 694. doi :10.1021/bi00272a025. PMID  6340723.
  34. ^ Meinnel T, Sacerdot C, Graffe M, Blanquet S, Springer M (июль 1999 г.). «Дискриминация фактором инициации Escherichia coli IF3 против инициации неканонических кодонов основана на правилах комплементарности». Журнал молекулярной биологии . 290 (4): 825–837 . doi :10.1006/jmbi.1999.2881. PMID  10398584.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Фактор_бактериальной_инициации&oldid=1253850470"