Translationell reglering

Translationell reglering avser kontroll av nivåerna av protein som syntetiseras från dess mRNA . Denna reglering är oerhört viktig för det cellulära svaret på stressorer, tillväxtsignaler och differentiering . I jämförelse med transkriptionsreglering resulterar det i mycket mer omedelbar cellulär justering genom direkt reglering av proteinkoncentrationen. Motsvarande mekanismer är främst inriktade på kontroll av ribosomrekrytering på initieringskodonet , men kan också involvera modulering av peptidförlängning, avbrytande av proteinsyntes eller ribosombiogenes . Även om dessa allmänna begrepp är allmänt bevarade, har några av de finare detaljerna i denna typ av reglering visat sig skilja sig åt mellan prokaryota och eukaryota organismer.

Hos prokaryoter

Initiering

Initiering av translation regleras av ribosomernas tillgänglighet till Shine-Dalgarno-sekvensen . Denna sträcka av fyra till nio purinrester är belägna uppströms initieringskodonet och hybridiserar till en pyrimidinrik sekvens nära 3'-änden av 16S RNA :t i den 30S bakteriella ribosomala subenheten . Polymorfism i denna speciella sekvens har både positiva och negativa effekter på effektiviteten av basparning och efterföljande proteinuttryck. Initiering regleras också av proteiner kända som initieringsfaktorer som tillhandahåller kinetisk assistans till bindningen mellan initieringskodonet och tRNA ^fMet , som tillhandahåller 3'-UAC-5'-antikodonet. IF1 binder först 30S-subenheten, vilket inleder en konformationsförändring som möjliggör ytterligare bindning av IF2 och IF3. IF2 säkerställer att tRNA ^fMet förblir i rätt position medan IF3 korrekturläser initieringskodonbasparning för att förhindra icke-kanonisk initiering vid kodoner som AUU och AUC. Generellt uttrycks dessa initieringsfaktorer i lika proportioner till ribosomer, men experiment med kallchockförhållanden har visat sig skapa stökiometriska obalanser mellan dessa translationella maskineri. I detta fall sammanfaller två till trefaldiga förändringar i uttryck av initieringsfaktorer med ökad gynnsamhet mot translation av specifika köldchock-mRNA.

Förlängning

På grund av det faktum att translationsförlängning är en irreversibel process, finns det få kända mekanismer för dess reglering. Det har emellertid visat sig att translationseffektiviteten reduceras via minskade tRNA-pooler, som krävs för förlängningen av polypeptider. Faktum är att rikedomen hos dessa tRNA-pooler är känsliga för förändring genom cellulär syretillförsel.

Uppsägning

Avslutningen av translation kräver koordination mellan frisättningsfaktorproteiner, mRNA-sekvensen och ribosomer. När ett termineringskodon väl har lästs bidrar frisättningsfaktorerna RF-1, RF-2 och RF-3 till hydrolysen av den växande polypeptiden, som avslutar kedjan. Baser nedströms stoppkodonet påverkar aktiviteten hos dessa frisättningsfaktorer. Faktum är att vissa baser proximalt till stoppkodonet undertrycker effektiviteten av translationsterminering genom att reducera den enzymatiska aktiviteten hos frisättningsfaktorerna. Till exempel är termineringseffektiviteten för ett UAAU-stoppkodon nära 80 % medan effektiviteten för UGAC som termineringssignal endast är 7 %.

I eukaryoter

Initiering

När man jämför initiering i eukaryoter med prokaryoter, kanske en av de första märkbara skillnaderna är användningen av en större 80S-ribosom. Reglering av denna process börjar med tillförsel av metionin genom ett tRNA-antikodon som basparar AUG. Denna basparning sker genom skanningsmekanismen som uppstår när den lilla 40S ribosomala subenheten binder den 5' otranslaterade regionen (UTR) av mRNA. Användningen av denna skanningsmekanism, i motsats till Shine-Dalgarno-sekvensen som refererades till i prokaryoter, är förmågan att reglera translation genom uppströms RNA-sekundära strukturer . Denna inhibering av initiering genom komplexa RNA-strukturer kan kringgås i vissa fall med hjälp av interna ribosomala ingångsställen (IRES) som lokaliserar förinitieringskomplex (PIC) till startstället. Utöver detta koordineras vägledningen av PIC till 5' UTR av subenheter av PIC, kända som eukaryota initieringsfaktorer (eIFs). När några av dessa proteiner nedregleras genom stress, reduceras translationsinitiering genom att hämma cap-beroende initiering , aktiveringen av translation genom att binda eIF4E till 5' 7-metylguanylat cap . eIF2 är ansvarig för att koordinera interaktionen mellan Met-tRNA _i ^Met och ribosomens P-ställe. Reglering genom fosforylering av eIF2 är till stor del förknippad med avbrytande av translationsinitiering. Serinkinaser , GCN2 , PERK, PKR och HRI är exempel på detektionsmekanismer för olika cellulära påfrestningar som svarar genom att bromsa translation genom eIF2-fosforylering.

Förlängning

Den kännetecknande skillnaden för förlängning i eukaryoter i jämförelse med prokaryoter är dess separation från transkription. Medan prokaryoter kan genomgå båda cellulära processer samtidigt, förhindrar den rumsliga separationen som tillhandahålls av kärnmembranet denna koppling i eukaryoter. Eukaryot förlängningsfaktor 2 (eEF2) är ett reglerbart GTP -beroende translokas som förflyttar begynnande polypeptidkedjor från A-stället till P-stället i ribosomen. Fosforylering av treonin 56 är hämmande för bindningen av eEF2 till ribosomen. Cellulära stressfaktorer, såsom anoxi, har visat sig inducera translationshämning genom denna biokemiska interaktion.

Uppsägning

Mekanistiskt sett matchar eukaryot translationsterminering dess prokaryota motsvarighet. I detta fall uppnås terminering av polypeptidkedjan genom den hydrolytiska verkan av en heterodimer bestående av frisättningsfaktorer, eRF1 och eRF3 . Translationsterminering sägs vara läckande i vissa fall eftersom icke-kodande tRNA kan konkurrera med frisättningsfaktorer för att binda stoppkodon. Detta är möjligt på grund av matchningen av 2 av 3 baser inom stoppkodonet av tRNA som ibland kan konkurrera ut frisättningsfaktorbasparning. Ett exempel på reglering på termineringsnivån är funktionell translationell genomläsning av laktatdehydrogenasgenen LDHB . Denna genomläsning ger en peroxisomal inriktningssignal som lokaliserar den distinkta LDHBx till peroxisomen.

I växter

Översättning i växter är hårt reglerad som hos djur, men det är inte lika väl uppfattat som transkriptionsreglering. Det finns flera nivåer av reglering inklusive translationsinitiering, mRNA-omsättning och ribosomladdning. Nyligen genomförda studier har visat att översättning också är under kontroll av dygnsklockan. Liksom transkription ändras translationstillståndet för många mRNA under dielcykeln (dag nattperiod).