Кіріспе

Эукариоттық аударма – эукариоттарда хабаршы РНҚ-ның ақуыздарға аударылуының биологиялық процесі. Ол төрт фазадан тұрады: бастама, созу, тоқтату және жаңарту.

Іске қосу

Трансляцияны бастау – рибосома мен оның қатысты факторларының мРНҚ-ға байланысып, бастапқы кодонға жиналатын процесі. Бұл процесс 5' қапқа тәуелді, яғни рибосома бастапқыда 5' қапқа байланысып, кейін тоқтату кодонына жетеді, немесе 5' қапқа тәуелсіз, онда рибосома бастапқыда 5' қапқа байланыспайды.

Шамасы шекті мөлшерде бастау

Трансляцияны бастау әдетте белгілі бір негізгі белоктардың, бастау факторларының, мРНК молекуласының 5' ұшына, 5' қақпағына, сондай-ақ 5' UTR-ге байланған арнайы белгімен өзара әрекеттесуін қамтиды. Бұл ақуыздар шағын (40S) рибосомалық кішібірлікке байланады және мРНК-ны орнында ұстайды. eIF3 40S рибосомалық кішібірлікпен байланысты және ірі (60S) рибосомалық кішібірлікті ерте байлаудан сақтайды. eIF3 eIF4F кешенімен де өзара әрекеттеседі, ол басқа үш бастау факторынан тұрады: eIF4A, eIF4E және eIF4G. eIF4G - бұл eIF3 және басқа екі компонентпен тікелей байланысатын мұқтаждық белок. eIF4E - қақпақты байлайтын белок. eIF4E-мен байланысу жиі қақпаққа тәуелді бастаудың шектеуші қадамы ретінде қарастырылады, ал eIF4E концентрациясы трансляциялық бақылаудың реттеу ортасы болып табылады. Кейбір вирустар eIF4G-нің eIF4E-ге байлайтын бөлігін кесіп алады, осылайша вирусқа (қақпақтан тәуелсіз) хабарламалардың пайдасына ие болу үшін қақпаққа тәуелді трансляцияны болдырмайды. eIF4A - бұл АТФ тәуелді РНК геликазасы, ол мРНК транскрипті бойымен қалыптасқан кейбір екінші құрылымдарды шешу арқылы рибосомаға көмектеседі. Поли(А) байланыстырушы белок (PABP) eIF4G арқылы eIF4F кешенімен байланысады және эукариоттық мРНК молекулаларының көпшілігінде поли(А) құйрығын байлайды. Бұл белок трансляция кезінде мРНК-ның айналуында рөл атқарады деп саналады. Бұл 43S преинициациялық кешен (43S PIC) ақуыз факторларымен бірге мРНК тізбегі бойымен 3' ұшына қарай "сканерлеу" деп аталатын процесте бастау кодонына (әдетте AUG) жету үшін қозғалады. Эукариоттар мен археяларда бастау кодонымен кодталған аминқышқылы - метионин. Met-зарядталған инициаторлық тРНК (Met tRNAiMet) эукариоттық инициациялау факторы 2 (eIF2) арқылы шағын рибосомалық кішібірліктің P орнына жеткізіледі. Ол ГТФ-ты гидролиздейді және бірнеше факторлардың кіші рибосомалық кішібірліктен ажыратылуына сигнал береді, нәтижесінде үлкен кішібірлік (немесе 60S кішібірлігі) қосылады. Содан кейін толық рибосома (80S) трансляциялық ұзартуды бастайды. Ақуыз синтезінің реттелуіне eIF2 GTP Met tRNAiMet үштік кешенінің (eIF2 TC) бір бөлігі болып табылатын eIF2-нің фосфорилирленуі (α суббірлігі арқылы) ішінара әсер етеді. Көптеген eIF2 фосфорилирленген кезде ақуыз синтезі тежеледі. Бұл аминқышқылдарының жетіспеушілігі кезінде немесе вирус инфекциясынан кейін пайда болады. Алайда, осы бастау факторының аз бөлігі табиғи түрде фосфорилирленеді. Тағы бір реттеуші - 4EBP, ол eIF4E бастау факторына байланады және оның eIF4G-мен өзара әрекеттесуін тежейді, осылайша қақпаққа тәуелді бастауды болдырмайды. 4EBP әсеріне қарсы тұру үшін өсу факторлары 4EBP-ті фосфорилендіреді, оның eIF4E-ге аффинитетін азайтады және ақуыз синтезін жүргізуге мүмкіндік береді. Ақуыз синтезі басты бастау факторларының экспрессиясын, сондай-ақ рибосомалардың санын реттеу арқылы жалпы реттеледі, ал жеке мРНК-лар реттегіш реттік элементтердің болуына байланысты әртүрлі трансляция жылдамдықтарына ие болуы мүмкін. Бұл ашытқының мейозы және өсімдіктердегі этилен реакциясы сияқты әртүрлі жағдайларда маңызды екені дәлелденді. Сонымен қатар, ашытқылар мен адамдардағы соңғы жұмыстар цис-реттегіш реттіліктегі эволюциялық айырмашылықтар трансляциялық реттеуге әсер етуі мүмкін екенін көрсетеді. Сонымен қатар, DHX29 және Ded1/DDX3 сияқты РНК геликазалары, әсіресе 5' UTR-лары құрылымдалған мРНК үшін, трансляция бастау процесіне қатысуы мүмкін.

Каптамаға тәуелсіз бастау

Эукариоттарда шапкадан тәуелсіз трансляцияның басталуының ең жақсы зерттелген мысалы ішкі рибосомалық кіру орнының (IRES) қолданылуы болып табылады. Шапкаға тәуелді трансляциядан өзгеше, шапкаға тәуелсіз трансляция мРНК-ның 5'-ұшынан бастау кодонына дейін сканерлеуді бастау үшін 5'-шапканы қажет етпейді. Рибосома тікелей байланыс, бастау факторлары және/немесе IRES-тің трансакциялық факторлары (ITAF) арқылы 5' UTR-дың барлығын сканерлеу қажеттілігін жолдардау арқылы бастапқы орынға орналаса алады. Бұл трансляция әдісі жасушалық стресс кезінде жалпы трансляция төмендегенде белгілі бір мРНК-лардың трансляциясын қажет ететін жағдайларда маңызды. Апоптозға жауап беретін факторлар және стресске шақырылған жауаптар осыған мысал бола алады.

Ұзындығы

Ұзындығы эукариоттық ұзындығы факторларына байланысты. Басталу кезеңінің соңында мРНК келесі кодонның белок синтезінің ұзарту кезеңінде аударылуы үшін орналастырылады. Инициаторлық тРНК рибосоманың P орнын алады, ал А орны аминоацилді тРНК қабылдауға дайын тұрады. Тізбекті ұзарту кезінде әрбір қосымша амин қышқылы үш сатылы микроциклде пайда болатын полипептидтік тізбекке қосылады. Бұл микроциклдің қадамдары: 1) eEF1 арқылы рибосоманың А орнына дұрыс аминоацилді тРНК-ны жеткізу; 2) пептидтік байланысты қалыптастыру; 3) eEF2 көмегімен мРНК-ны рибосомаға қатысты бір кодонға жылжыту. Бактериялардан айырмашылығы, мРНК-ның 5' ұшы синтезделгеннен кейін дереу аударма басталатын бактерияларда, эукариоттарда транскрипция мен аударма арасындағы мұндай тығыз байланыс мүмкін емес, себебі транскрипция мен аударма жасушаның бөлек бөліктерінде (ядро мен цитоплазмада) жүзеге асырылады. Эукариоттық мРНК прекурсорлары цитоплазмаға аударма үшін экспортталғанға дейін ядрода өңделуі керек (мысалы, капинг, полиаденилирование, сплайсинг). Аудармаға рибосомалық тоқтау да әсер етуі мүмкін, бұл тРНК-ның эндонуклеолитикалық шабуылдарын тудырып, мРНК «жоқ» ыдырау процесін іске қосады. Рибосомалық тоқтау рибосомадағы жаңа пайда болған полипептидтің котрансляциялық бүктелуіне де көмектеседі және тРНК кодтау кезінде белок аудармасын кешіктіреді. Бұл рибосомалық фрейм ауысуына әкелуі мүмкін.

Аяқтау

Ұзындығының аяқталуы эукариотикалық босату факторларына байланысты. Бұл процесс бактериялық аяқталуға ұқсас, бірақ бактериялық аяқталудан айырмашылығы, барлық үш тоқтау кодонын танитын eRF1 универсалды босату факторы бар. Аяқталудан кейін рибосома ыдырайды және дайын полипептид босатылады. eRF3 – рибосомаға тәуелді GTPаза, ол eRF1-ге дайын полипептидті босатуға көмектеседі. Адам геномында бірнеше гендер бар, олардың мРНК тоқтату кодоны күтпегендей нашар аяқталады: бұл гендерде тоқтату кодонының жанындағы арнайы РНК негіздерінің болуынан аударма аяқталуы тиімсіз болады. Бұл гендердегі нашар аяқталу осы гендердің тоқтату кодондарының 10%-ға дейін трансляциялық оқуға алып келеді. Бұл гендердің кейбіреулері оқу арқылы ұзартылған бөлігінде функционалдық ақуыз домендерін кодтайды, соның нәтижесінде жаңа ақуыз изоформалары пайда болады. Бұл процесс "функционалдық трансляциялық оқу" деп аталады.

Аударманы реттеу және өзгерту

Трансляция – жасушалардағы энергияны көп тұтынатын маңызды процестердің бірі, сондықтан ол қатаң реттеледі. Эукариоттар мен прокариоттарда трансляцияны бақылап, реттейтін көптеген механизмдер қалыптасқан. Трансляцияның реттелуі жасушаның метаболизмі мен көбею жағдайымен тығыз байланысты ақуыз синтезінің жалпы қарқынына әсер ете алады. Бұл күрделі процесті терең зерттеу үшін ғалымдар рибосомалық профильдеу әдісін қолданады. Бұл әдіс зерттеушілерге транслатоманың «сәтке түсірілімін» жасауға, яғни рибосомалардың белгілі бір уақытта мРНК-ның қандай бөліктерін ақуыздарға аударып жатқанын анықтауға мүмкіндік береді. Рибосомалық профильдеу трансляция динамикасы туралы құнды мәліметтер береді, ген тізбектері, мРНК құрылымы және трансляциялық реттеу арасындағы күрделі байланысты ашады. Бұл ұғымды дамыта отырып, соңғы кезде бір жасушалық рибосомалық профильдеу әдісі жасалды, ол жеке жасушалар деңгейінде трансляция процесін зерттеуге мүмкіндік береді. Бір жасушалық рибосомалық профильдеу жасушалардың әртүрлілігін түсінуге көмектеседі, соның нәтижесінде трансляциялық реттеудің жасуша мінез-құлқына, метаболикалық жағдайына және түрлі стимулдарға немесе жағдайларға жауап беруіне қалай әсер ететінін толыққанды түсінуге болады.

Амино қышқылдарды ауыстыру

Кейбір жасушаларда белгілі бір аминқышқылдарының жетіспеуі туындап, соның салдарынан аударма тиімділігі төмендеуі мүмкін. Мысалы, белсенді Т-жасушалары интерферон γ секрециялайды, ол индоламин 2,3 диоксигеназа 1 (IDO1) ферментінің экспрессиясын арттыру арқылы жасуша ішінде триптофан тапшылығын тудырады. Күтпегендей, триптофан жетіспесе де, триптофан кодондары арқылы кадрлық ақуыз синтезі жалғаса береді. Бұл триптофанның орнына фенилаланин енгізілуі арқылы іске асырылады. Соның нәтижесінде пайда болатын пептидтер W>F "қосымшалар" деп аталады. Мұндай W>F қосымшалары кейбір қатерлі ісік түрлерінде көптеп кездеседі және IDO1 экспрессиясының жоғарылауымен байланысты. Функционалдық тұрғыдан алғанда, W>F қосымшалары ақуыздың активтілігін нашарлатуы мүмкін.