Введение

Аспект молекулярной биологии
Рибосомный шунтинг – это механизм инициирования трансляции, при котором рибосомы обходят, или "перескакивают", участки 5'-нетранслируемой области, чтобы достичь стартового кодона. Однако, преимуществом рибосомного шунтинга является возможность обратной трансляции, позволяющая хранить больше информации, чем обычно, в молекуле мРНК. Показано, что некоторые вирусные РНК используют рибосомный шунтинг как более эффективный способ трансляции на определенных стадиях вирусного жизненного цикла или при недостатке факторов инициирования трансляции (например, при расщеплении вирусными протеазами). К вирусам, использующим этот механизм, относятся аденовирус, вирус Сендай, вирус папилломы человека, параретровирус гепатита уток, бацилловидные вирусы тунгра риса и вирус мозаики цветной капусты. У этих вирусов рибосома напрямую транслоцируется из вышерасположенного комплекса инициации к стартовому кодону (AUG) без необходимости раскручивания вторичных структур РНК.

Рибосомный шунтирование в вирусе мозаики цветковой капусты

Трансляция РНК 35S мозаичного вируса цветной капусты (CaMV) инициируется шунтом рибосомы. РНК 35S CaMV содержит лидер-последовательность примерно в 600 нуклеотидов, включающую 7-9 коротких открытых кадров считывания (sORF) в зависимости от штамма. Эта длинная лидер-последовательность способна формировать обширную и сложную структуру «шток-петля», которая является ингибирующим элементом для экспрессии последующих ORF. Однако трансляция ORF, расположенных ниже лидер-последовательности РНК 35S CaMV, обычно наблюдается. Модель шунтирования рибосомы показывает, что при участии факторов инициации рибосомы начинают сканирование с каппированного 5'-конца и сканируют на небольшое расстояние, пока не достигают первого sORF. Структура «шток-петля», сформированная лидер-последовательностью, приближает первый длинный ORF к 5'-проксимальному sORF. После прочтения sORF A сканирующая рибосома 80S диссоциирует на стоп-кодоне, который является точкой старта шунта. 40S рибосомные субъединицы продолжают связываться с РНК, обходят сильный структурный элемент «шток-петля», достигают сайта акцептора шунта, возобновляют сканирование и инициируют трансляцию на первом длинном ORF. 5'-проксимальный sORF A и сама структура «шток-петля» являются двумя необходимыми элементами для шунтирования CaMV [5]. sORF, содержащие 2-15 кодонов, и 5-10 нуклеотидов между стоп-кодоном sORF и основанием структуры «шток-петля», оптимальны для шунтирования рибосомы, в то время как минимальный (старт-стоп) ORF не способствует шунтированию.

Рибосомный шунтирование в рисовом тунгробациллиформном параретровирусе

Процесс шунтирования рибосомы был впервые обнаружен в CaMV в 1993 году, а затем описан для вируса тунгро риса (RTBV) в 1996 году. Механизм шунтирования рибосомы в RTBV схож с таковым в CaMV: он также требует наличия первого короткого ORF и последующей устойчивой вторичной структуры. Замена консервативных элементов шунтирования между CaMV и RTBV выявила важность нуклеотидного состава последовательности "посадки" для эффективного шунтирования, что свидетельствует об эволюционной консервации механизма шунтирования рибосомы у растительных параретровирусов.

Смены рибосом в вирусе Сендай

Белки Y вируса Сендай инициируются за счет рибосомного шунтинга. Из 8 основных продуктов трансляции мРНК P/C вируса Сендай, "утечка сканирования" обеспечивает трансляцию белков C’, P и C, в то время как экспрессия белков Y1 и Y2 инициируется посредством рибосомного шунта и прерывистого сканирования. Сканирующий комплекс входит через 5'-кэп и сканирует примерно 50 нуклеотидов 5'-UTR, после чего переносится на акцепторный сайт, расположенный вблизи или непосредственно у кодонов инициации Y. В случае вируса Сендай не требуется специфических последовательностей доноров.

Рибосомный шунт в аденовирусе

Наблюдается смещение рибосом при экспрессии поздних мРНК аденовируса. Поздние мРНК аденовируса содержат 5'-трипартивный лидер, высококонсервативный 200-нуклеотидный NTR с неструктурированной 5'-конформацией длиной 25–44 нуклеотида, за которым следует комплекс стабильных шпилечных структур, обеспечивающих преимущественный трансляционный сдвиг за счет снижения потребности в eIF4F (комплексе связывания с кап), который инактивируется аденовирусом для подавления клеточного синтеза белка. Когда eIF4E находится в избытке, субъединица связывается с 5'-капом на мРНК, формируя комплекс eIF4, что приводит к смещению; однако, когда eIF4E изменяется или деактивируется во время поздней аденовирусной инфекции или теплового шока, трипартивный лидер исключительно и эффективно направляет инициацию трансляции посредством смещения. Аденовирусу требуется тирозинкиназа для инфицирования клеток, и он нарушает комплекс инициации с капом, известный как трипартивный лидер, без нее. Он нарушает этот процесс посредством смещения рибосом, связанного с тирозинфосфорилированием. Существует два ключевых участка для связывания рибосомы. При трансляции вирусной мРНК и подавлении трансляции посредством процесса смещения рибосом. В случае поздней мРНК аденовируса и мРНК hsp70, вместо распознавания стоп-кодона первого короткого ORF, пауза трансляции вызывается сканирующей рибосомой с тремя консервативными последовательностями, комплементарными 3'-шпильке 18S рибосомальной РНК. Механизм смещения рибосом включает связывание большой субъединицы выше по течению от стартового кодона. Полимераза затем способна "перепрыгивать", используя связывание с белком и "силовой ход", чтобы обойти стартовый кодон на кодирующей мРНК. Затем трипат встраивается в матричную цепь для создания нового сайта связывания для дальнейшей репликации.