การเริ่มต้นการแปลรหัสและการจับของไรโบโซม

การเริ่มต้นการแปลรหัสเป็นระยะแรกของการสังเคราะห์โปรตีน ซึ่งไรโบโซมจะถูกประกอบขึ้นบน messenger RNA โดยวางตำแหน่งที่รหัสเริ่มต้น (start codon) และเตรียมพร้อมที่จะเริ่มการยืดตัว (elongation) เป็นขั้นตอนที่มีการควบคุมมากที่สุดของการแปลรหัสและเป็นจุดสำคัญที่ควบคุมผลผลิตของโปรตีน

Definition

การเริ่มต้นการแปลรหัสคือการประกอบไรโบโซมที่สมบูรณ์บนรหัสเริ่มต้น โดยมี initiator transfer RNA อยู่ในตำแหน่ง P ซึ่งทำได้ด้วยความช่วยเหลือของปัจจัยเริ่มต้น และในยูคาริโอต จะมีการสแกน messenger RNA ที่ต้องใช้พลังงาน

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมถึงวิธีการที่หน่วยย่อยไรโบโซมขนาดเล็ก, initiator transfer RNA, และปัจจัยเริ่มต้น (initiation factors) จดจำ mRNA และระบุตำแหน่งของรหัสเริ่มต้น รวมถึงการสแกนที่ขึ้นกับแคป (cap-dependent scanning) ในยูคาริโอตและการจับคู่แบบ Shine-Dalgarno ในแบคทีเรีย และวิธีการที่หน่วยย่อยขนาดใหญ่เข้าร่วมเพื่อสร้างไรโบโซมที่พร้อมสำหรับการยืดตัว เป็นหัวข้อเชิงกลไก ไม่ใช่คำแนะนำทางคลินิก

Core questions

• ไรโบโซมค้นหาและเลือกรหัสเริ่มต้นที่ถูกต้องได้อย่างไร?
• ปัจจัยเริ่มต้นมีบทบาทอย่างไร?
• การเริ่มต้นในแบคทีเรียและยูคาริโอตแตกต่างกันอย่างไร?
• เหตุใดการเริ่มต้นจึงเป็นจุดควบคุมหลักของการแปลรหัส?

Key concepts

• หน่วยย่อยไรโบโซมขนาดเล็ก (การบรรจุตำแหน่ง P)
• Initiator transfer RNA
• ปัจจัยเริ่มต้นของยูคาริโอต (eIFs)
• 5' cap และการสแกน
• ลำดับ Shine-Dalgarno (แบคทีเรีย)
• การเลือกรหัสเริ่มต้น (AUG)
• การรวมหน่วยย่อย

Key theories

แบบจำลองการสแกนของการเริ่มต้นในยูคาริโอต

ในยูคาริโอต หน่วยย่อยขนาดเล็กที่บรรจุ initiator tRNA และปัจจัยต่างๆ จะถูกดึงดูดที่ 5' cap และสแกน messenger RNA จนกว่าจะจดจำ AUG ที่เหมาะสมตัวแรก ซึ่งหน่วยย่อยขนาดใหญ่จะเข้าร่วม

Mechanisms

การเริ่มต้นจะเกิดขึ้นเมื่อหน่วยย่อยไรโบโซมขนาดเล็ก ซึ่งจับอยู่กับ initiator transfer RNA และชุดของปัจจัยเริ่มต้น เข้าจับกับ mRNA ในยูคาริโอต คอมเพล็กซ์ก่อนการเริ่มต้น (pre-initiation complex) จะถูกดึงดูดที่ 5' cap และสแกนไปตามข้อความจนกว่าจะจับคู่กับ AUG ที่เหมาะสมตัวแรกในบริบทของลำดับที่ดี จากนั้นการไฮโดรไลซิส GTP และการปล่อยปัจจัยจะอนุญาตให้หน่วยย่อยขนาดใหญ่เข้าร่วม ก่อตัวเป็นไรโบโซมที่พร้อมสำหรับการยืดตัว ในแบคทีเรีย ลำดับ Shine-Dalgarno ที่อยู่ต้นน้ำของรหัสเริ่มต้นจะจับคู่เบสกับ ribosomal RNA เพื่อวางตำแหน่งหน่วยย่อยขนาดเล็กโดยตรง เนื่องจากมีหลายขั้นตอนและปัจจัยที่เกี่ยวข้อง การเริ่มต้นจึงเป็นจุดควบคุมที่สำคัญ: วิถีการส่งสัญญาณจะปรับเปลี่ยนความพร้อมใช้งานและกิจกรรมของปัจจัยเพื่อปรับการสังเคราะห์โปรตีนโดยรวมและเฉพาะข้อความ

Clinical relevance

ปัจจัยเริ่มต้นและตัวควบคุมของมันมีการควบคุมที่ผิดปกติในมะเร็งหลายชนิด และได้รับอิทธิพลจากวิถีการส่งสัญญาณที่ยาพุ่งเป้า ทำให้ขั้นตอนนี้มีความเกี่ยวข้องกับกลไกของโรคและเภสัชวิทยา บทความนี้อธิบายกระบวนการระดับโมเลกุลและไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือการตัดสินใจในการรักษาของแต่ละบุคคล

Evidence & guidelines

กลไกที่สรุปไว้ที่นี่ได้มาจากงานวิจัยทางชีวเคมี พันธุกรรม และโครงสร้างของการเริ่มต้นในแบคทีเรียและยูคาริโอต ซึ่งรวบรวมอยู่ในวรรณกรรมทบทวนหลักและตำรามาตรฐาน

History

ปัจจัยเริ่มต้นของแบคทีเรียและกลไก Shine-Dalgarno ถูกกำหนดขึ้นในทศวรรษ 1970 ในขณะที่ระบบยูคาริโอตที่ซับซ้อนกว่า ซึ่งมีปัจจัยเริ่มต้นจำนวนมากและการสแกนที่ขึ้นกับแคป ได้รับการพัฒนาในช่วงทศวรรษต่อมาผ่านการสร้างใหม่ทางชีวเคมี และเมื่อเร็วๆ นี้ การศึกษาโครงสร้างของคอมเพล็กซ์ก่อนการเริ่มต้น

Key figures

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

Seminal works

• hinnebusch-2012
• jackson-2010

Frequently asked questions

เหตุใดรหัสเริ่มต้นจึงเกือบจะเป็น AUG เสมอ?

AUG ถูกจดจำโดย initiator transfer RNA พิเศษที่ไรโบโซมใช้ในการเริ่มต้นการสังเคราะห์; มันทั้งกำหนดกรอบการอ่านและเข้ารหัสกรดอะมิโนตัวแรก (เมไทโอนีนในยูคาริโอต)

แบคทีเรียและยูคาริโอตแตกต่างกันอย่างไรในการค้นหารหัสเริ่มต้น?

แบคทีเรียวางตำแหน่งไรโบโซมโดยการจับคู่เบสของลำดับ Shine-Dalgarno กับ ribosomal RNA ในขณะที่ยูคาริโอตดึงดูดหน่วยย่อยขนาดเล็กที่ 5' cap และสแกนไปตาม messenger RNA ไปยัง AUG ที่เหมาะสมตัวแรก