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リボソーム休止とは、mRNA転写産物のヌクレオチド配列の翻訳中にリボソームがキューイングまたはスタッキングすることを指します。これらの転写産物は、リボソームによるタンパク質合成中に解読され、アミノ酸配列に変換されます。一部のmRNAの休止部位により、翻訳に障害が発生します。[1]リボソーム休止は、真核生物と原核生物の両方で発生します。[2] [3]より深刻な休止は、リボソーム停止として知られています。[4]
1980 年代から、mRNA によって翻訳速度が異なることが知られています。これらの違いの主な理由は、さまざまな希少tRNAの濃度が、一部の転写産物のデコード速度を制限するためだと考えられていました。[5]しかし、リボソーム プロファイリングなどの研究手法により、特定の部位でリボソームの濃度が平均よりも高いことがわかり、これらの一時停止部位は特定のコドンでテストされました。特定のコドンの占有率と tRNA の量の間には関連が見つかりませんでした。したがって、希少 tRNA が一時停止部位を引き起こすという初期の発見は、妥当ではないようです。[2]
生体内でリボソーム休止部位を特定するには、ミクロコッカスヌクレアーゼ保護アッセイとポリソーム転写産物の分離という2つの技術が用いられる。[6]ポリソーム転写産物の分離は、組織抽出物を、例えばシクロヘキシミドなどの翻訳伸長阻害剤を含むショ糖クッションを通して遠心分離することによって行われる。[7]
リボソームの一時停止は、遊離ポリソーム上のプレプロラクチン合成中に検出されます。リボソームが一時停止すると、他のリボソームは密に積み重なります。翻訳中にリボソームが一時停止すると、一時停止が発生する前に翻訳を開始した断片が過剰に表現されます。ただし、mRNAとともにリボソームが一時停止すると、リボソームの後端に特定のバンドが改善されます。[8]
シクロヘキシミド（真核生物）やクロラムフェニコールなどの伸長阻害剤は、リボソームを停止させ、開始コドンに蓄積させる。伸長因子Pは細菌のポリプロリンでのリボソーム停止を制御し、EFPがない場合、ポリプロリンモチーフからのリボソームの密度は減少する。リボソーム停止が複数ある場合、EFPはそれを解決しない。[9]
解像度と遺伝子発現への影響
リボソーム停止のいくつかの形態は、翻訳されたペプチドとmRNAを破棄する必要なく可逆的である。このタイプは、通常、減速と呼ばれ、ポリプロリン伸長（EFPまたはeIF5Aによって解決）と非荷電tRNAによって引き起こされる。[4]減速は、細胞がタンパク質の産生量を制御するために重要である。[10]また、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、mRNAをコードするタンパク質の翻訳を遅らせる。これにより、リボソームフレームシフトが引き起こされる可能性がある。[11]
より深刻な「失速」は、tRNAの実際の欠乏や、mRNAが終止コドンなしで終了することによって引き起こされる可能性がある。[4]この場合、リボソーム品質管理（RQC）は翻訳放棄によって危機的状況からの救済を行う。これにより、リボソームがmRNAから解放される。不完全なポリペプチドは破壊の対象となる。真核生物では、mRNAのno-go崩壊も引き起こされる。[11]
RQC機構は減速と失速を区別することが難しい。通常ゆっくりとタンパク質を生成するmRNA配列が、異なる条件下でのRQCの介入により、代わりに何も生成しない可能性がある。[12]
救助メカニズム
細菌では、3つの救済メカニズムが知られています。
- 主な普遍的なシステムには、転移メッセンジャーRNA（tmRNA）とSmpBが関与しています。tRNAは最初にtRNAのようにリボソームに結合し、次にSmpBの助けを借りてmRNAの位置に移動し、通常の終止コドンで終わる短いペプチドを翻訳します。[4]
- 代替リボソーム救助因子A （ArfA）は大腸菌の代替システムであり、 RF2をリクルートします。[4]
- 代替リボソーム救出因子B（ArfB）は大腸菌由来のもう一つの代替因子です。それ自体がGGQ放出因子のように働き、tRNAからペプチドを放出します。[13]同時に、mRNAトンネルに収まり、mRNAを除去します。[14]
真核生物では、主なメカニズムにはPELO : HBS1Lが関与している。[4]
リボソーム休止の利点
mRNA 上のリボソームの動きが直線的でない場合、リボソームは明確な理由もなくさまざまな領域で一時停止します。リボソームの一時停止位置は、mRNA 配列の特徴、構造、およびこのプロセスを調整するトランザクション因子を特定するのに役立ちます。[15]タンパク質ドメイン境界に位置するリボソーム一時停止部位の利点は、タンパク質の折り畳みを助けることです。[1]リボソーム一時停止が利点を引き起こさず、制限する必要がある場合があります。翻訳では、elF5A は翻訳がよりよく機能するようにリボソーム一時停止を阻害します。リボソーム一時停止は、真核細胞で elF5A なしでより多くの非標準的な開始コドンを引き起こす可能性があります。真核細胞で elF5A が不足すると、リボソーム一時停止が増加する可能性があります。[16]リボソーム一時停止プロセスは、アミノ酸が翻訳を制御するために使用することもできます。[10]
リボソーム休止イベントの位置ビトロ
リボソームは特定の場所で一時停止することが知られていますが、これらの一時停止の理由はほとんどわかっていません。また、擬似結び目が破壊されると、リボソームは一時停止します。リボソームの10％は擬似結び目で一時停止し、4％のリボソームは終了します。リボソームは、妨害される前に擬似結び目を通過します。[17]カリフォルニア大学のグループが、mRNAのモデルを示すためにアッセイをまとめました。翻訳は2つのin vitroシステムで監視されました。翻訳中のリボソームはmRNAに沿って均一に分布していないことがわかりました。[8]生体内でのタンパク質の折り畳みも重要であり、タンパク質合成に関連しています。生体内でのリボソームの一時停止の位置を見つけるために、 in vitroでリボソームの一時停止を見つけるために使用されてきた方法を変更して、これらの特定の位置を生体内で見つけることができます。[6]
リボソームプロファイリング
リボソームプロファイリングは、リボソーム保護フラグメント（RPFまたはフットプリント）を配列決定してmRNA上のリボソーム占有をマッピングすることにより、一時停止部位を明らかにすることができる方法です。リボソームプロファイリングは、トランスクリプトーム全体のリボソーム一時停止部位を明らかにすることができます。キネティクスレイヤーが追加されると、[18]一時停止の時間が明らかになり、翻訳が行われます。[9]ただし、リボソームプロファイリングはまだ初期段階にあり、さらに調査する必要があるバイアスがあります。[19]リボソームプロファイリングにより、翻訳をより正確かつ精密に測定できます。このプロセス中、リボソームプロファイリングを実行するには、翻訳を停止する必要があります。実験で翻訳を停止するために使用される方法が結果に影響を与え、誤った結果を引き起こす可能性があるため、リボソームプロファイリングで問題が発生する可能性があります。リボソームプロファイリングは、翻訳とタンパク質合成のプロセスに関する特定の情報を取得するのに役立ちます。[20]
参照
参考文献
- ^ ab Gawroński P, Jensen PE, Karpiński S, Leister D, Scharff LB (2018年3月). 「葉緑体リボソームの一時停止は複数の特徴によって誘導され、光合成複合体の組み立てにリンクされている」.植物生理学. 176 (3): 2557–2569. doi :10.1104/pp.17.01564. PMC 5841727. PMID 29298822 .
- ^ ab Li GW、 Oh E、 Weissman JS (2012 年 3 月)。「細菌における抗シャイン・ダルガルノ配列による翻訳一時停止とコドン選択の促進」。Nature . 484 ( 7395 ): 538–41。Bibcode :2012Natur.484..538L。doi : 10.1038/nature10965。PMC 3338875。PMID 22456704。
- ^ Lopinski JD、Dinman JD、Bruenn JA (2000 年 2 月)。「プログラムされた -1 翻訳フレームシフト中のリボソーム一時停止の速度論」。分子 細胞生物学。20 (4): 1095–103。doi :10.1128/ MCB.20.4.1095-1103.2000。PMC 85227。PMID 10648594。
- ^ abcdef Buskirk, Allen R.; Green, Rachel (2017年3月19日). 「細菌と真核生物におけるリボソームの一時停止、停止、および救済」. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences . 372 (1716): 20160183. doi :10.1098/rstb.2016.0183. PMC 5311927. PMID 28138069 .
- ^ Kontos H、Napthine S、Brierley I (2001 年 12 月)。「フレームシフター RNA シュードノットでのリボソームの一時停止は読み取りフェーズに敏感だが、フレームシフト効率との相関はほとんど見られない」。分子 細胞生物学。21 (24): 8657–70。doi :10.1128/ MCB.21.24.8657-8670.2001。PMC 100026。PMID 11713298。
- ^ ab Jha SS、Komar AA（2012年7月）。「mRNAに沿った翻訳休止部位を特定 するためのin vitroでのリボソーム結合新生ポリペプチドの単離」。Journal of Visualized Experiments（65）。doi ： 10.3791/ 4026。PMC 3471273。PMID 22806127 。
- ^ Kim JK、Hollingsworth MJ (1992年10月)。 「生体内リボソーム休止部位の局在」。分析生化学。206 (1):183–8。doi :10.1016/s0003-2697(05)80031-4。PMID 1456432 。
- ^ ab Wolin SL 、 Walter P (1988年11月) 。「真核生物mRNAの翻訳中のリボソームの一時停止とスタッキング」 。EMBOジャーナル。7 (11):3559–69。doi :10.1002/ j.1460-2075.1988.tb03233.x。PMC 454858。PMID 2850168。
- ^ ab Brar GA、Yassour M、Friedman N、Regev A、Ingolia NT、Weissman JS (2012 年 2 月)。「リボソームプロファイリングによって明らかになった酵母の減数分裂プログラムの高解像度ビュー」。Science。335 ( 6068 ) : 552–7。Bibcode : 2012Sci ... 335..552B。doi :10.1126/science.1215110。PMC 3414261。PMID 22194413。
- ^ ab Darnell AM、 Subramaniam AR、O'Shea EK（2018年7月）。「哺乳類細胞におけるアミノ酸制限時のリボソームの差分一時停止による翻訳制御」。分子細胞。71 （2 ）：229–243.e11。doi ：10.1016/j.molcel.2018.06.041。PMC 6516488。PMID 30029003。
- ^ ab Buchan JR、Stansfield I (2007 年 9 月)。「細胞生産ラインの停止: 翻訳中のリボソームの一時停止に対する応答」。Biology of the Cell . 99 (9): 475–87. doi : 10.1042/BC20070037 . PMID 17696878。
- ^ Collart MA 、 Weiss B（2020年2月）。「リボソームの一時停止、共翻訳イベントの危険な必要性」。核酸研究。48 （3）：1043–1055。doi ：10.1093/ nar /gkz763。PMC 7026645。PMID 31598688。
- ^ Chan, KH; Petrychenko, V; Mueller, C; Maracci, C; Holtkamp, W; Wilson, DN; Fischer, N; Rodnina, MV (2020年8月14日). 「代替リボソーム救出因子Bによるリボソーム救出のメカニズム」Nature Communications . 11 (1): 4106. Bibcode :2020NatCo..11.4106C. doi :10.1038/s41467-020-17853-7. PMC 7427801 . PMID 32796827.
- ^ Carbone, Christine E.; Demo, Gabriel; Madireddy, Rohini; Svidritskiy, Egor; Korostelev, Andrei A. (2020年12月). 「ArfBはmRNAを置き換えて停止したリボソームを救出できる」Nature Communications . 11 (1): 5552. Bibcode :2020NatCo..11.5552C. doi :10.1038/s41467-020-19370-z. PMC 7641280. PMID 33144582 .
- ^ Wolin SL、Walter P (1988年11月) 。「真核生物mRNAの翻訳中のリボソームの一時停止とスタッキング」。EMBO ジャーナル。7 ( 11):3559–69。doi : 10.1002 /j.1460-2075.1988.tb03233.x。PMC 454858。PMID 2850168。
- ^ Manjunath H、Zhang H、Rehfeld F、Han J、Chang TC、Mendell JT (2019年12月)。「eIF5Aによるリボソーム一時停止の抑制は、開始コドン選択の忠実性を維持するために必要である」。Cell Reports . 29 (10): 3134–3146.e6. doi :10.1016/j.celrep.2019.10.129. PMC 6917043 . PMID 31801078.
- ^ Somogyi P、 Jenner AJ、Brierley I、Inglis SC (1993年11 月)。「RNA 擬似結び目の翻訳中のリボソームの一時停止」。 分子細胞生物学。13 (11): 6931–40。doi :10.1128/mcb.13.11.6931。PMC 364755。PMID 8413285。
- ^ Lopinski, John D.; Dinman, Jonathan D.; Bruenn, Jeremy A. (2000). 「プログラムされた-1翻訳フレームシフト中のリボソーム一時停止の速度論」.分子細胞生物学. 20 (4): 1095–1103. doi :10.1128/mcb.20.4.1095-1103.2000. PMC 85227. PMID 10648594 .
- ^ Buskirk AR、Green R（ 2017年3月）。「細菌と真核生物におけるリボソームの一時停止、停止、および救済」。ロンドン王立協会哲学論文集。シリーズB、生物科学。372（1716）：20160183。doi ： 10.1098 / rstb.2016.0183。PMC 5311927。PMID 28138069。
- ^ Brar GA、 Weissman JS (2015 年 11 月)。「リボソームプロファイリングにより、タンパク質合成の何が、いつ、どこで、どのように起こるかが明らかになる」。Nature Reviews 。分子細胞生物学。16 (11): 651–64。doi :10.1038/nrm4069。PMC 5522010。PMID 26465719。
外部リンク
- 擬似ベース
- 再コード化