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核糖体捕获与基因表达控制: R4 y! e( S g6 Z, m4 c
5 ?* \, v- ]4 y) ^Daniel Boehringer and Nenad Ban
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Cell 130, 983 – 958, September 21, 20078 q% _; `% E3 S g/ ?
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. I9 B+ }' Y* S 蛋白质合成常受与核糖体相互作用并有一定结构的mRNA的调节。Marzi等在本期Cell通过观测在预起始阶段停滞的核糖体上折叠的抑制型mRNA，深入研究了蛋白质S15的自动调节。这些结果对我们理解翻译起始的基本机制有一定的启发作用。
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3 g/ C, s. {, d, _+ R 原核生物蛋白质合成的起始依赖于在核糖体小亚基(30S)活性位点中的非折叠mRNA的精确位置。翻译起始复合物的SD序列[位于5’非翻译区(5’UTR)]与小亚基的16S rRNA的3’端碱基配对。此外，mRNA启动密码与启动tRNA的反密码配对。因此，在翻译起始位点周边的结构化mRNA区域是一个调节蛋白质合成的特别有效的机制。许多细菌mRNA的5’UTR含有可与代谢物、小RNA或蛋白质因子结合的二级结构单元，可调节翻译。这些结构化mRNA区域通过与核糖体竞争核糖体结合位点或通过使与mRNA形成的不合成蛋白质的预起始复合物中的核糖体30S亚基的停滞，抑制翻译。这些反应模式分别称为置换机制和诱捕机制。
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" l5 O& A* I& {5 r8 D% K& _& E 大肠杆菌核糖体蛋白S15通过诱捕机制抑制其rpsO mRNA的翻译。Marzi等在本期Cell报道了用冷冻电子显微镜(cryo-EM)深入研究含有rpsO mRNA的结构化5’UTR区域的停滞的“预起始”核糖体复合物的结构。抑制蛋白S15与30S核糖体亚单位平台结合，并与rpsO mRNA形成上述复合物。令人感兴趣的是，在该mRNA的SD序列和小亚基的rRNA之间有互补的碱基配对相互作用。此外，核糖体的停滞是由于起始密码藏匿在该mRNA的假结结构中，以至不能接触到起始tRNA。在没有S15时，mRNA假结也与核糖体接触，但是其后可以解除折叠，使起始密码易于被接触。停滞的起始复合物的结构揭示了在mRNA:S15复合物与许多属于平台的核糖体蛋白质以及核糖体小亚基头部区域之间有很大的相互作用网络。
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p m5 `/ }1 E0 S6 e Marzi等提出，这种结构类似于在形成稳定起始复合物的SD相互作用实施之前，在结构化mRNA与核糖体小亚基之间存在的起始停靠作用。人们根据动力学和荧光转移实验描述了在mRNA和核糖体小亚基之间的这种起始相互作用，将之称之为“备用位点”。（应注意，这个术语也可用来描述在预起始状态中的SD序列的某些构象。）可以认为这种起始停靠是在mRNA解除折叠、SD相互作用的形成和起始密码的定位之前发生。此外，在rpsO mRNA和核糖体之间的停滞作用与SD互补相互作用有关，而在起始备用作用形成期间，情况则不相同。Marzi等根据rpsO抑制复合物的结构，比较了原核生物和真核生物的翻译起始复合物结构的mRNA 5’UTR序列的结合位点，提出核糖体蛋白S2、S7、S11和RNA螺旋26及40共同形成一个保守的核糖体“结合平台中心”。' Q$ U% M3 K: _
, x7 e; m2 \' b& A: H$ M) E 30S平台是位于起始复合物中的细菌mRNA的最佳结合位点，因为它有可与mRNA SD序列碱基配对的反SD序列。为了理解在起始阶段mRNA – 核糖体相互作用的完整网络，有必要将Marzi等得到的结构与在该领域最近得到的其他结构数据相关联。核糖体与SD序列寡核苷酸的复合物的晶体结构，可能类似于含非结构化mRNA的“预起始”复合物。在这种结构中，SD – 反SD螺旋位于包括核糖体蛋白S2, S11和S18的30S平台的槽中。此外，含有poly(U)尾的mRNA的核糖体结构在起始阶段与蛋白质S18相互作用。最后，thrS mRNA – 核糖体复合物的结构揭示了在起始的最后阶段的mRNA状态。thrS mRNA有一个假结，可被它的翻译产物苏氨酸–tRNA合成酶所识别，由此可通过置换机制阻断与核糖体小亚基的相互作用。在这种结构中，mRNA假结与蛋白质S11和S18以及与16S rRNA的螺旋40相互作用。此外，也已通过冷冻EM获得了在起始因子存在时的细菌起始复合物的三维结构重建。在重新研究了Allen及其同事报道的密度之后，Marzi等提出在5’UTR中的mRNA发夹结构与蛋白S2周边的30S亚基平台相互作用。
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* n: M) W! M+ w- l 对于由核糖体内部进入位点(IRES)介导的特定翻译起始，mRNA结合位点的分析也能延伸到真核mRNA。对于丙型肝炎病毒(HCV)和蟋蟀麻痹病毒(CrPV)的IRES序列而言，核糖体小亚基的结合与起始密码的定位，都完全是由mRNA介导的。这与真核生物的正规翻译起始相反，在进行正规翻译起始时，起始因子介导核糖体小亚基与5’帽附近的mRNA结合，进行起始密码的扫描。冷冻EM结构显示，HCV IRES除了与40 S亚基的头和躯体接触外，还与40 S亚基的平台结合，包括与蛋白S14e (S11p的同源物)的相互作用。然而，CrPV IRES位于40 S亚基的头部和躯干之间的亚基内空间。这种结构上的不同可能是由于CrPV IRES有不同的翻译起始机制，它在没有起始因子和起始tRNA时也能起作用。在mRNA结合缝之外，CrPV IRES与HCV IRES 唯一共同的接触是与蛋白S5e (S7p的同源物)的接触。这些结构表明翻译起始平台区域的重要性。然而，由于mRNA底物有不同的性质，很难把观察到的接触纳入一个统一范畴。% M/ ^1 R/ u) N2 f: D7 x0 ]5 E8 R
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Marzi等指出，在靠近rpsO mRNA假结和靠近上面提到的许多mRNA结构单位的核糖体蛋白S2, S7和S11中，可能会找到保守的氨基酸片段。这些氨基酸残基可能代表5’UTR与核糖体的保守接触点。然而，由于与平台相互作用的mRNA结构性质很不相同，这种高度保守性令人感到惊讶。与其他mRNA结合或与生物合成有关的核糖体结合因子的相互作用可能需要这种残基保守性。最近获得的与核糖体结合的Era和S1的冷冻EM结构表明有这种可能性。
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! H: e% [1 }9 {) D: ?3 ? Marzi等的研究结果提供了在起始复合物形成中，mRNA与核糖体最初的结合的重要结构信息。这些发现揭示了S15蛋白对蛋白质生物合成抑制的机制，加深了我们对翻译起始过程的理解。4 P! U3 o$ |! f# ^9 I
7 y, y: \9 U- S( K3 M本文转自建人先生原创，感谢 |
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发表于 2009-4-28 21:28
发表于 2015-5-29 09:01
