Инициация трансляции и связывание рибосом

Инициация трансляции — это первая фаза синтеза белка, в которой рибосома собирается на матричной РНК, позиционируется на стартовом кодоне и подготавливается к началу элонгации. Это наиболее строго регулируемый этап трансляции и основная точка контроля синтеза белка.

Definition

Инициация трансляции — это сборка на стартовом кодоне полной рибосомы, несущей инициаторную транспортную РНК в P-участке, осуществляемая с помощью факторов инициации и, у эукариот, энергозависимого сканирования матричной РНК.

Scope

Эта тема охватывает, как малая субъединица рибосомы, инициаторная транспортная РНК и факторы инициации распознают мРНК и находят стартовый кодон, включая кэп-зависимое сканирование у эукариот и спаривание по Шайн-Далгарно у бактерий, а также как большая субъединица присоединяется, образуя рибосому, способную к элонгации. Это механистическая тема, а не клиническое руководство.

Core questions

• Как рибосома находит и выбирает правильный стартовый кодон?
• Какую роль играют факторы инициации?
• Чем отличаются бактериальная и эукариотическая инициация?
• Почему инициация является основным пунктом контроля трансляции?

Key concepts

• Малая субъединица рибосомы (загрузка P-сайта)
• Инициаторная транспортная РНК
• Эукариотические факторы инициации (eIFs)
• 5'-кэп и сканирование
• Последовательность Шайн-Далгарно (бактерии)
• Выбор стартового кодона (AUG)
• Присоединение субъединиц

Key theories

Модель сканирования эукариотической инициации

У эукариот малая субъединица, нагруженная инициаторной тРНК и факторами, рекрутируется на 5'-кэпе и сканирует матричную РНК до тех пор, пока не распознает первый подходящий AUG, где присоединяется большая субъединица.

Mechanisms

Инициация начинается, когда малая субъединица рибосомы, связанная с инициаторной транспортной РНК и набором факторов инициации, взаимодействует с мРНК. У эукариот преинициаторный комплекс рекрутируется на 5'-кэпе и сканирует вдоль сообщения до тех пор, пока не спаривается с первым подходящим AUG в хорошем контексте последовательности; гидролиз ГТФ и высвобождение факторов затем позволяют большой субъединице присоединиться, образуя рибосому, готовую к элонгации. У бактерий последовательность Шайн-Далгарно выше стартового кодона комплементарно спаривается с рибосомальной РНК, чтобы непосредственно позиционировать малую субъединицу. Поскольку задействовано так много этапов и факторов, инициация является ключевой контрольной точкой: сигнальные пути модулируют доступность и активность факторов для настройки глобального и специфического для сообщения синтеза белка.

Clinical relevance

Факторы инициации и их регуляторы дисрегулированы при многих видах рака и находятся под влиянием сигнальных путей, на которые нацелены лекарства, что делает этот этап актуальным для механизмов заболеваний и фармакологии. Эта запись описывает молекулярные процессы и не является основой для индивидуальных диагностических или лечебных решений.

Evidence & guidelines

Механизмы, суммированные здесь, основаны на биохимических, генетических и структурных исследованиях бактериальной и эукариотической инициации, обобщенных в основной обзорной литературе и стандартных учебниках.

History

Бактериальные факторы инициации и механизм Шайн-Далгарно были определены в 1970-х годах, в то время как более сложная эукариотическая система с ее многочисленными факторами инициации и кэп-зависимым сканированием разрабатывалась в последующие десятилетия посредством биохимической реконституции и, в последнее время, структурных исследований преинициаторных комплексов.

Key figures

• Alan Hinnebusch
• Jon Lorsch
• Tatyana Pestova
• Richard Jackson

Seminal works

• hinnebusch-2012
• jackson-2010

Frequently asked questions

Почему стартовый кодон почти всегда AUG?

AUG распознается специальной инициаторной транспортной РНК, которую рибосома использует для начала синтеза; он как устанавливает рамку считывания, так и кодирует первую аминокислоту (метионин у эукариот).

Чем бактерии и эукариоты отличаются в поиске стартового кодона?

Бактерии позиционируют рибосому путем комплементарного спаривания последовательности Шайн-Далгарно с рибосомальной РНК, тогда как эукариоты рекрутируют малую субъединицу на 5'-кэпе и сканируют вдоль матричной РНК до первого подходящего AUG.