Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Эукариоттық аударма – эукариоттарда хабаршы РНҚ-ның ақуыздарға аударылуының биологиялық процесі. Ол төрт фазадан тұрады: бастама, созу, тоқтату және жаңарту.
RNS translation
Eukaryotic translation is the biological process by which messenger RNA is translated into proteins in eukaryotes. It consists of four phases: initiation, elongation, termination, and recapping.
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.
Translation initiation is the process by which the ribosome and its associated factors bind to an mRNA and are assembled at the start codon. This process is defined as either cap dependent, in which the ribosome binds initially at the 5' cap and then travels to the stop codon, or as cap independent, where the ribosome does not initially bind the 5' cap.
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.
Initiation of translation usually involves the interaction of certain key proteins, the initiation factors, with a special tag bound to the 5' end of an mRNA molecule, the 5' cap, as well as with the 5' UTR. These proteins bind the small (40S) ribosomal subunit and hold the mRNA in place. eIF3 is associated with the 40S ribosomal subunit and plays a role in keeping the large (60S) ribosomal subunit from prematurely binding. eIF3 also interacts with the eIF4F complex, which consists of three other initiation factors: eIF4A, eIF4E, and eIF4G. eIF4G is a scaffolding protein that directly associates with both eIF3 and the other two components. eIF4E is the cap binding protein. Binding of the cap by eIF4E is often considered the rate limiting step of cap dependent initiation, and the concentration of eIF4E is a regulatory nexus of translational control. Certain viruses cleave a portion of eIF4G that binds eIF4E, thus preventing cap dependent translation to hijack the host machinery in favor of the viral (cap independent) messages. eIF4A is an ATP dependent RNA helicase that aids the ribosome by resolving certain secondary structures formed along the mRNA transcript. The poly(A) binding protein (PABP) also associates with the eIF4F complex via eIF4G, and binds the poly A tail of most eukaryotic mRNA molecules. This protein has been implicated in playing a role in circularization of the mRNA during translation. This 43S preinitiation complex (43S PIC) accompanied by the protein factors moves along the mRNA chain toward its 3' end, in a process known as 'scanning', to reach the start codon (typically AUG). In eukaryotes and archaea, the amino acid encoded by the start codon is methionine. The Met charged initiator tRNA (Met tRNAiMet) is brought to the P site of the small ribosomal subunit by eukaryotic initiation factor 2 (eIF2). It hydrolyzes GTP, and signals for the dissociation of several factors from the small ribosomal subunit, eventually leading to the association of the large subunit (or the 60S subunit). The complete ribosome (80S) then commences translation elongation. Regulation of protein synthesis is partly influenced by phosphorylation of eIF2 (via the α subunit), which is a part of the eIF2 GTP Met tRNAiMet ternary complex (eIF2 TC). When large numbers of eIF2 are phosphorylated, protein synthesis is inhibited. This occurs under amino acid starvation or after viral infection. However, a small fraction of this initiation factor is naturally phosphorylated. Another regulator is 4EBP, which binds to the initiation factor eIF4E and inhibits its interactions with eIF4G, thus preventing cap dependent initiation. To oppose the effects of 4EBP, growth factors phosphorylate 4EBP, reducing its affinity for eIF4E and permitting protein synthesis. While protein synthesis is globally regulated by modulating the expression of key initiation factors as well as the number of ribosomes, individual mRNAs can have different translation rates due to the presence of regulatory sequence elements. This has been shown to be important in a variety of settings including yeast meiosis and ethylene response in plants. In addition, recent work in yeast and humans suggest that evolutionary divergence in cis regulatory sequences can impact translation regulation. Additionally, RNA helicases such as DHX29 and Ded1/DDX3 may participate in the process of translation initiation, especially for mRNAs with structured 5'UTRs.
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.
The best studied example of cap independent translation initiation in eukaryotes uses the internal ribosome entry site (IRES). Unlike cap dependent translation, cap independent translation does not require a 5' cap to initiate scanning from the 5' end of the mRNA until the start codon. The ribosome can localize to the start site by direct binding, initiation factors, and/or ITAFs (IRES trans acting factors) bypassing the need to scan the entire 5' UTR. This method of translation is important in conditions that require the translation of specific mRNAs during cellular stress, when overall translation is reduced. Examples include factors responding to apoptosis and stress induced responses.
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.
Elongation depends on eukaryotic elongation factors. At the end of the initiation step, the mRNA is positioned so that the next codon can be translated during the elongation stage of protein synthesis. The initiator tRNA occupies the P site in the ribosome, and the A site is ready to receive an aminoacyl tRNA. During chain elongation, each additional amino acid is added to the nascent polypeptide chain in a three step microcycle. The steps in this microcycle are (1) positioning the correct aminoacyl tRNA in the A site of the ribosome, which is brought into that site by eEF1, (2) forming the peptide bond, and (3) shifting the mRNA by one codon relative to the ribosome with the help of eEF2. Unlike bacteria, in which translation initiation occurs as soon as the 5' end of an mRNA is synthesized, in eukaryotes, such tight coupling between transcription and translation is not possible because transcription and translation are carried out in separate compartments of the cell (the nucleus and cytoplasm). Eukaryotic mRNA precursors must be processed in the nucleus (e. g., capping, polyadenylation, splicing) in ribosomes before they are exported to the cytoplasm for translation. Translation can also be affected by ribosomal pausing, which can trigger endonucleolytic attack of the tRNA, a process termed mRNA no go decay. Ribosomal pausing also aids co translational folding of the nascent polypeptide on the ribosome, and delays protein translation while it is encoding tRNA. This can trigger ribosomal frameshifting.
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.
Termination of elongation depends on eukaryotic release factors. The process is similar to that of bacterial termination, but unlike bacterial termination, there is a universal release factor, eRF1, that recognizes all three stop codons. Upon termination, the ribosome is disassembled and the completed polypeptide is released. eRF3 is a ribosome dependent GTPase that helps eRF1 release the completed polypeptide. The human genome encodes a few genes whose mRNA stop codon are surprisingly leaky: In these genes, termination of translation is inefficient due to special RNA bases in the vicinity of the stop codon. Leaky termination in these genes leads to translational readthrough of up to 10% of the stop codons of these genes. Some of these genes encode functional protein domains in their readthrough extension so that new protein isoforms can arise. This process has been termed 'functional translational readthrough'.
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.
Translation is one of the key energy consumers in cells, hence it is strictly regulated. Numerous mechanisms have evolved that control and regulate translation in eukaryotes as well as prokaryotes. Regulation of translation can impact the global rate of protein synthesis which is closely coupled to the metabolic and proliferative state of a cell. To delve deeper into this intricate process, scientists typically use a technique known as ribosome profiling. This method enables researchers to take a snapshot of the translatome, showing which parts of the mRNA are being translated into proteins by ribosomes at a given time. Ribosome profiling provides valuable insights into translation dynamics, revealing the complex interplay between gene sequence, mRNA structure, and translation regulation. Expanding on this concept, a more recent development is single cell ribosome profiling, a technique that allows us to study the translation process at the resolution of individual cells. Single cell ribosome profiling has the potential to shed light on the heterogeneous nature of cells, leading to a more nuanced understanding of how translation regulation can impact cell behavior, metabolic state, and responsiveness to various stimuli or conditions.
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.
In some cells certain amino acids can be depleted and thus affect translation efficiency. For instance, activated T cells secrete interferon γ which triggers intracellular tryptophan shortage by upregulating the indoleamine 2,3 dioxygenase 1 (IDO1) enzyme. Surprisingly, despite tryptophan depletion, in frame protein synthesis continues across tryptophan codons. This is achieved by incorporation of phenylalanine instead of tryptophan. The resulting peptides are called W>F "substitutants". Such W>F substitutants are abundant in certain cancer types and have been associated with increased IDO1 expression. Functionally, W>F substitutants can impair protein activity.