翻訳終結と放出因子

翻訳終結は、タンパク質合成の最終段階であり、リボソームが終止コドンを認識し、完成したポリペプチドを放出し、解離の準備をします。放出因子は、終止コドンを読み取り、最後の転移RNAから完成した鎖の加水分解を誘発するタンパク質です。

Definition

翻訳終結とは、リボソームのA部位における終止コドンの放出因子を介した認識に続き、完成したポリペプチドとP部位転移RNAを結びつける結合の加水分解が起こり、合成が終了することです。

Scope

このトピックでは、クラスI放出因子による終止コドンの認識方法、ペプチジル転移酵素中心での加水分解による完成したポリペプチドの放出方法、クラスII GTPase放出因子の役割、およびその後のリボソームの分裂とリサイクルについて説明します。これは機構的なトピックであり、臨床的なガイダンスではありません。

Core questions

• 転移RNAなしで終止コドンはどのように認識されるのか？
• 完成したポリペプチドはリボソームからどのように放出されるのか？
• クラスIとクラスIIの放出因子は何が違うのか？
• 終結後、リボソームはどのようにリサイクルされるのか？

Key concepts

• 終止コドン (UAA, UAG, UGA)
• クラスI放出因子 (eRF1; 細菌RF1/RF2)
• クラスII GTPase放出因子 (eRF3; 細菌RF3)
• ペプチジル-tRNA加水分解
• リボソームリサイクル
• 読み過ごしとナンセンス抑制

Key theories

終止コドンのタンパク質による解読

終止コドンは転移RNAではなく、クラスI放出因子タンパク質によって読み取られます。これらのタンパク質はデコーディング中心でコドンを認識し、ペプチジル-tRNA結合の加水分解を促進してタンパク質を放出します。

Mechanisms

終止コドンがリボソームのA部位に入ると、クラスI放出因子（真核生物ではeRF1、細菌ではRF1またはRF2）がタンパク質とコドンの接触を介して直接それを認識し、ペプチジル転移酵素中心に到達します。そこで、完成したポリペプチドとP部位転移RNAを結びつけるエステル結合の加水分解を促進し、タンパク質を放出します。クラスII GTPase放出因子（eRF3、または細菌のRF3）は、GTP加水分解をこのプロセスと結合させ、因子のターンオーバーの調整を助けます。放出後、リボソームリサイクル因子と開始関連因子は、リボソームをサブユニットに分裂させ、残りのtRNAとmRNAを除去し、新しい開始ラウンドのための構成要素を再生します。eRF1の結晶構造は、単一のタンパク質が終止コドンを認識し、加水分解を誘発する両方の機能をどのように果たすかを明らかにしました。

Clinical relevance

ナンセンス変異に起因する早期終止コドンは、タンパク質を短縮することにより多くの遺伝性疾患を引き起こし、終結と読み過ごしの効率は生物学的および薬理学的に関連があり、この段階が疾患メカニズムに結びついています。この項目は分子プロセスを記述するものであり、個々の診断や治療の決定の根拠となるものではありません。

Evidence & guidelines

終結メカニズムは、細菌および真核生物の放出因子の生化学的、遺伝学的、および構造学的研究によって確立されており、主要な総説文献および標準的な教科書にまとめられています。

History

細菌の放出因子は1960年代に生化学的に同定され、コドンを読み取るクラスI因子とGTPaseクラスII因子が区別されました。2000年のヒトeRF1の結晶構造は、タンパク質が3つの終止コドンすべてをどのように解読し、認識をペプチド放出に結びつけるかを明確にし、その後の構造的および生化学的研究がリボソームのリサイクルを定義しました。

Key figures

• David Barford
• Haiwei Song
• Thomas Dever
• Rachel Green

Seminal works

• song-2000
• dever-2012

Frequently asked questions

なぜ終止コドンには転移RNAがないのですか？

終止コドンは代わりに放出因子タンパク質によって認識されます。これらの因子はコドンを読み取り、別のL-アミノ酸を追加するのではなく、完成したタンパク質の放出を誘発します。

タンパク質が放出された後、リボソームはどうなりますか？

放出後、リボソームはリサイクルされます。専用の因子がリボソームを2つのサブユニットに分裂させ、残りの転移RNAとメッセンジャーRNAを除去することで、構成要素が新しい翻訳ラウンドに再利用できるようになります。