真核生物翻訳

真核生物の翻訳は、真核生物内でメッセンジャー RNAがタンパク質に翻訳される生物学的プロセスです。これは、開始、伸長、終結、および再キャッピングの 4 つの段階から構成されます。

開始

翻訳開始は、リボソームとその関連因子が mRNA に結合し、開始コドンで組み立てられるプロセスです。このプロセスは、リボソームが最初に 5' キャップに結合し、その後停止コドンに移動するキャップ依存型、またはリボソームが最初に 5' キャップに結合しないキャップ非依存型として定義されます。

キャップ依存開始

翻訳の開始には通常、開始因子と呼ばれる特定の重要なタンパク質と、mRNA分子の5'末端に結合した特殊なタグである5'キャップ、および5' UTRとの相互作用が関与する。これらのタンパク質は小さな（40S）リボソームサブユニットに結合し、mRNAを所定の位置に保持する。^[1]

eIF3 は40S リボソームサブユニットと関連しており、大きな (60S) リボソームサブユニットが時期尚早に結合するのを防ぐ役割を果たしています。eIF3 は、他の 3 つの開始因子 ( eIF4A、eIF4E、eIF4G)で構成されるeIF4F複合体とも相互作用します。eIF4Gは、eIF3 と他の 2 つのコンポーネントの両方に直接関連する足場タンパク質です。eIF4Eはキャップ結合タンパク質です。eIF4E によるキャップの結合は、キャップ依存性開始の律速段階であると考えられることが多く、eIF4E の濃度は翻訳制御の調節的結びつきです。特定のウイルスは、eIF4E に結合する eIF4G の一部を切断し、キャップ依存性翻訳がウイルス (キャップ非依存性) メッセージを優先して宿主機構を乗っ取るのを防ぎます。eIF4AはATP依存性RNAヘリカーゼであり、mRNA転写産物に沿って形成された特定の二次構造を分解することでリボソームを補助します。^[2]ポリ(A)結合タンパク質(PABP)もeIF4Gを介してeIF4F複合体と結合し、ほとんどの真核生物mRNA分子のポリAテールに結合します。このタンパク質は、翻訳中にmRNAを環状化する役割を果たしていることが示唆されています。^[3]

この43S 前開始複合体(43S PIC) は、タンパク質因子を伴って、開始コドン(通常は AUG) に到達するために、「スキャン」と呼ばれるプロセスで、mRNA 鎖に沿って 3' 末端に向かって移動します。真核生物と古細菌では、開始コドンによってコードされるアミノ酸はメチオニンです。Met 電荷を帯びた開始 tRNA (Met-tRNA _i^{Met ) は}、真核生物開始因子 2 (eIF2)によって小リボソームサブユニットの P 部位に運ばれます。これは GTP を加水分解し、小リボソームサブユニットからいくつかの因子を解離するように信号を送り、最終的に大サブユニット (または60Sサブユニット) の会合につながります。その後、完全なリボソーム ( 80S ) が翻訳伸長を開始します。

タンパク質合成の調節は、 eIF2-GTP-Met-tRNA _i^Met三元複合体 (eIF2-TC)の一部であるeIF2のリン酸化 (α サブユニット経由) によって部分的に影響を受けます。大量の eIF2 がリン酸化されると、タンパク質合成が阻害されます。これは、アミノ酸飢餓状態またはウイルス感染後に発生します。ただし、この開始因子のごく一部は自然にリン酸化されます。別の調節因子は4EBPで、開始因子eIF4Eに結合して eIF4Gとの相互作用を阻害し、キャップ依存性の開始を防止します。4EBP の効果に対抗するために、成長因子は 4EBP をリン酸化して eIF4E に対する親和性を低下させ、タンパク質合成を可能にします。^[^{引用が必要}^]

タンパク質合成は、主要な開始因子の発現とリボソームの数を調節することによって全体的に制御されますが、個々のmRNAは、制御配列要素の存在により異なる翻訳速度を持つことができます。これは、酵母の減数分裂や植物のエチレン応答など、さまざまな状況で重要であることが示されています。さらに、酵母とヒトの最近の研究では、シス制御配列の進化的分岐が翻訳制御に影響を与える可能性があることが示唆されています。^{[4]さらに、}DHX29やDed1 / DDX3などのRNAヘリカーゼは、特に構造化された5'UTRを持つmRNAの場合、翻訳開始プロセスに関与している可能性があります。^[5]

キャップ非依存開始

真核生物におけるキャップ非依存性翻訳開始の最もよく研究された例は、内部リボソーム進入部位(IRES) を使用するものである。キャップ依存性翻訳とは異なり、キャップ非依存性翻訳では、mRNA の 5' 末端から開始コドンまでのスキャンを開始するために 5' キャップを必要としない。リボソームは、直接結合、開始因子、および/または ITAF (IRES トランスアクティング因子) によって開始部位に局在することができ、5' UTR全体をスキャンする必要がなくなる。この翻訳方法は、細胞ストレス時に特定の mRNA の翻訳が必要な状況で重要であり、全体的な翻訳が減少する。例としては、アポトーシスやストレス誘発性応答に応答する因子などがある。^[6]

伸長

伸長は真核生物の伸長因子に依存します。開始ステップの最後に、mRNA は、タンパク質合成の伸長段階で次のコドンが翻訳されるように配置されます。開始 tRNA はリボソームの P サイトを占有し、 A サイトはアミノアシル tRNA を受け入れる準備ができています。鎖伸長中、3 段階のマイクロサイクルで各追加アミノ酸が新生ポリペプチド鎖に追加されます。このマイクロサイクルの手順は、(1) eEF1 によってそのサイトに運ばれたリボソームの A サイトに正しいアミノアシル tRNA を配置する、(2) ペプチド結合を形成する、(3) eEF2 の助けを借りてリボソームに対して mRNA を 1 コドンシフトする、です。細菌では mRNA の 5' 末端が合成されるとすぐに翻訳が開始されますが、真核生物では転写と翻訳が細胞の別の区画 (核と細胞質) で行われるため、このような転写と翻訳の密接な連携は不可能です。真核生物の mRNA 前駆体は、翻訳のために細胞質に輸出される前に、核内のリボソームで処理(キャッピング、ポリアデニル化、スプライシングなど) される必要があります。翻訳はリボソームの一時停止によっても影響を受ける可能性があり、これは tRNA のエンドヌクレアーゼ攻撃 (mRNA no-go decay と呼ばれるプロセス) を引き起こす可能性があります。リボソームの一時停止は、リボソーム上の新生ポリペプチドの共翻訳フォールディングを助け、tRNA をエンコードしている間、タンパク質の翻訳を遅らせます。これにより、リボソームのフレームシフトが引き起こされる可能性があります。^[7]

終了

伸長の終結は真核生物の解離因子に依存する。このプロセスは細菌の終結と似ているが、細菌の終結とは異なり、3 つの終結コドンすべてを認識する普遍的な解離因子eRF1が存在する。終結すると、リボソームが分解され、完成したポリペプチドが放出される。eRF3 はリボソーム依存性 GTPase であり、eRF1 が完成したポリペプチドを放出するのを助ける。ヒトゲノムは、mRNA 終結コドンが驚くほど漏れやすい遺伝子をいくつかコードしている。これらの遺伝子では、終結コドン付近の特殊な RNA 塩基のために、翻訳の終結が非効率的である。これらの遺伝子の漏れやすい終結により、これらの遺伝子の終結コドンの最大 10% が翻訳リードスルーされる。これらの遺伝子の一部は、リードスルー伸長に機能的なタンパク質ドメインをコードしているため、新しいタンパク質アイソフォームが生じる可能性がある。このプロセスは「機能的な翻訳リードスルー」と呼ばれている。^[8]

翻訳の規制と修正

翻訳は細胞内でエネルギーを消費する主要なプロセスの一つであるため、厳密に制御されています。真核生物と原核生物の両方で翻訳を制御および制御するメカニズムが数多く発達しています。翻訳の制御は、細胞の代謝および増殖状態と密接に関連しているタンパク質合成の全体的な速度に影響を与える可能性があります。この複雑なプロセスをより深く調べるために、科学者は通常、リボソームプロファイリングと呼ばれる手法を使用します。^[9]この方法により、研究者はトランスレーショムのスナップショットを撮ることができ、特定の時点でmRNAのどの部分がリボソームによってタンパク質に翻訳されているかを示します。リボソームプロファイリングは、遺伝子配列、mRNA構造、および翻訳制御の複雑な相互作用を明らかにし、翻訳のダイナミクスに関する貴重な洞察を提供します。この概念を拡張した最近の開発は、単一細胞リボソームプロファイリングです。これは、個々の細胞の解像度で翻訳プロセスを研究できる手法です。^[10]単一細胞リボソームプロファイリングは、細胞の異質な性質を明らかにする可能性があり、翻訳制御が細胞の行動、代謝状態、さまざまな刺激や条件への応答にどのように影響するかについて、より微妙な理解につながります。

アミノ酸置換

一部の細胞では、特定のアミノ酸が枯渇し、翻訳効率に影響を与えることがあります。たとえば、活性化T細胞はインターフェロン-γを分泌し、これがインドールアミン2,3-ジオキシゲナーゼ1（IDO1）酵素の発現を上昇させることで細胞内トリプトファン不足を引き起こします。驚くべきことに、トリプトファンが枯渇しているにもかかわらず、インフレームタンパク質合成はトリプトファンコドンを越えて継続します。これは、トリプトファンの代わりにフェニルアラニンを組み込むことによって達成されます。結果として生じるペプチドは、W>F「置換基」と呼ばれます。このようなW>F置換基は、特定の癌種に豊富に存在し、IDO1発現の増加と関連しています。機能的には、W>F置換基はタンパク質の活性を損なう可能性があります。^[11]

参照

参考文献

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外部リンク

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