Перепрограммирование трансляции


Скачать 83.61 Kb.
НазваниеПерепрограммирование трансляции
Дата публикации19.03.2013
Размер83.61 Kb.
ТипДокументы
userdocs.ru > Химия > Документы
Практическое занятие № 7
ПЕРЕПРОГРАММИРОВАНИЕ ТРАНСЛЯЦИИ

Долгое время считали, что единожды избранная при инициа­ции трансляции рамка считывания нуклеотидной последователь­ности мРНК одназначно определяет аминокислотную последова­тельность синтезируемого белка, т. е. последовательность нуклеотидов мРНК всегда транслируется непрерывно от инициирующего до терминирующего кодона. Однако в последние годы были вскры­ты возможности динамического репрограммирования трансляции, в результате чего по ходу трансляции может изменяться первичная структура синтезируемого белка. Таким образом, мРНК может слу­жить матрицей для синтеза различных по структуре белков. Ока­зывается, что клетки и поражающие их вирусы с малым числом генов способны «экономно» использовать свой генетический по­тенциал не только путем альтернативного сплайсинга (см. выше), но и за счет перепрограммирования (перекодирования) мРНК.

Изменение рамки считывания (т. е. перепрограммирование транс­ляции в отношении порядка считывания кодонов мРНК) обычно происходит на один – два нуклеотида в разных направлениях: в сторону 5/-конца мРНК (-1 нуклеотид) или в сторону 3/-конца (+1, +2 нуклеотида). Так происходит в том случае, когда кодирую­щие (транслируемые) области некоторых мРНК оказываются «ис­порчены» присутствием в их составе терминирующих кодонов. Од­нако такие мРНК все же могут транслироваться за счет измене­ния рамки считывания, для чего необходимо наличие опреде­ленных сигналов в транслируемой области.

Сдвиг рамки считывания на (-1) при трансляции РНК ретровирусов происходит в области особой гептануклеотидной после­довательности перед шпилечной структурой (рис. 165). У бактерий при трансляции мРНК, кодирующей белковый фактор терминации RF2, сдвиг рамки на +1 также зависит от окружения терми­нирующего кодона UGA.

В других случаях рибосомы в ходе трансляции могут совершать «прыжки», обходя терминирующий кодон и пропуская значитель­ную часть кодирующей последовательности мРНК, имеющую обычно особую петельную структуру. Так, при трансляции мРНК фага Т4 рибосома переходит с кодона GGA (кодирует Gly) на кодон GGA, отстоящий от первого на 50 нуклеотидов, обходя таким образом терминирующий кодон UAG и следующую за ним петлеобразную область мРНК.

К перекодированию относят включение в синтезируемые поли­пептидные цепи ряда белков редкой, но функционально важной (21-й) белковой аминокислоты – селеноцистеина (см. гл. 2). При­соединение уникальной по структуре аминоацил-тРНК (тРНКSec), переносящей остаток селеноцистеина, происходит в ходе транс­ляции к терминирующему кодону UGA, если за ним расположе­на особая стимулирующая последовательность мРНК. Эта после­довательность может располагаться на значительном удалении (до 200 нуклеотидов) от места связывания тРНКSec и локализоваться в 3/-UTR мРНК (см. рис. 165). тРНКSec имеет комплементарный кодону UGA антикодон ACU и акцептирует остаток серина. В ре­зультате возникает серил-тРНКSec, которая у бактерий впоследствии пре­образуется в селеноцистеинил-тРНКSec в результате ряда превра­щений, протекающих по схеме:

Н2О селенофосфат

↑ ↓

серил-тРНКSec → аминоакрил-тРНКSec → селеноцистеинил-тРНКSec

У Е. coli тРНКSec (продукт гена SelC) содержит 76 нуклеотидных остатков. Ее первичная и вторичная структуры расшифрова­ны (рис. 166). В печени быка тРНКSec состоит из 90 нуклеотидов, и превращение акцептируемого ею остатка серина протекает по дру­гой схеме:

серил-тРНКSec → фосфосерил-тРНКSec → селеноцистеинил-тРНКSec
Для прикрепления тРНКSec к рибосоме необходим специфи­ческий белковый фактор SEL В (молекулярная масса 68 кДа), который представляет собой аналог фактора элонгации EF-Tu с N-концевым доменом, связывающим GTP. В мРНК формиат-дегидрогеназы (одного из селеноцистеинил-содержащих белков Е. coli) идентифицирована особая зона узнавания длиной 40 нуклеотидов в области кодона UGA, служащего для присоединения селеноцистеинил-тРНКSec, которая отличает это место от других стоп-кодонов. Данный элемент структуры мРНК очень важен, так как установлено, что два других стоп-кодона (UAA и UAG) могут служить для включения селеноцистеина в синтезированный пеп­тид, если они ассоциированы с такой «узнаваемой» зоной в мРНК. К перепрограммированию условно может быть отнесен и активно исследуемый в последние несколько лет процесс транс-­трансляции, когда синтез полипептида, начатый рибосомой на одной мРНК, затем переключается на трансляцию другой РНК. Такой вариант трансляции был выявлен у эубактерий. Он прохо­дит с участием необычного вида РНК – тмРНК (10S аРНК). Столь небольшая по размерам РНК совмещает в себе свойства транс­портной и матричной РНК. Она участвует в освобождении рибосом, не способных закончить биосинтез белка на мРНК, которые утратили в результате случайной модификации стоп-кодоны.

У Е. coli тмРНК кодируется моноцистроновым геном ssrA, име­ющим собственный промотор и терминатор. Размер тмРНК варь­ирует от 349 до 411 нуклеотидов. В настоящее время определена нуклеотидная последовательность тмРНК более чем у 50 видов бактерий. Создана модель вторичной структуры тмРНК, основан­ная на сравнительном анализе первичной структуры этой РНК из 50 микроорганизмов (рис. 167).

Во вторичной структуре тмРНК выражены три участка: один из них включает 3/- и 5/-концы молекулы и образует характерную тРНК-подобную структуру, состоящую из акцептирующего стеб­ля и ТψС-петли. Второй участок содержит линейную транслируемую (матричную) последовательность. Третий, сильно структу­рированный участок включает тРНК- и мРНК-подобные области молекулы. Транслируемый участок тмРНК кодирует короткий по­липептид – tag-пептид, узнаваемый специфическими протеазами. Кодирующей tag-пептид-последовательности предшествует ти­пичная адапторная последовательность Шайна–Дальгарно (AAGG).

Взаимодействие тмРНК и 70S рибосом исследовано в системе трансляции in vitro. По результатам исследования разработана мо­дель транс-трансляции с участием тмРНК, способной акцепти­ровать аминокислоту аланин с образованием аланил-тмРНК. Со­гласно этой модели, схема которой представлена на рис. 168, аланил-тмРНК входит в А-центр рибосомы в тот момент, когда транс­ляция останавливается на 3/-конце поврежденной мРНК, у кото­рой отсутствует стоп-кодон. Недосинтезированная полипептидная цепь переносится на аланил-тмРНК (реакция транспептидирования), и далее рибосома продолжает трансляцию, используя мат­ричный участок тмРНК. Синтез продолжается до поступления в А-центр стоп-кодона тмРНК (UAA), после чего вступает в дей­ствие фактор терминации и трансляция завершается. После терминации трансляции от рибосомы отсоединяется гибридный бе­лок, содержащий на С-конце tag-пептид, который «распознает­ся» протеазами, атакующими и разрушающими необычный про­дукт трансляции. Терминация освобождает ранее связанную рибо­сому, которая далее может участвовать в синтезе других белков.

Таким образом, тмРНК выполняет две существенные функ­ции: освобождает рибосомы от связи с дефектными мРНК и од­новременно способствует быстрой деградации «неправильных» белков, присоединяя к ним узнаваемый протеазами tag-пептид. Поскольку тмРНК отсутствует у высших организмов, не исклю­чена возможность ее использования в качестве мишени при со­здании новых антибактериальных препаратов, которые могли бы блокировать функции тмРНК у бактерий и привести к гибели патогена, не затрагивая синтез белков человека.



^ Явление транс-трансляции
тмРНК

Помимо основных видов РНК существует особый вид - тмРНК (10Sа РНК) - небольшая стабильная молекула, совмещающая в себе свойства транс­портной и матричной РНК. Хотя тмРНК была открыта более 20 лет на­зад в пост-рибосомном супернатанте, полученном из клеток Escherichia coli ее функция была ус­тановлена только в 1996 году. тмРНК Е. coli состоит из 363 н. В современной модели вторичной структуры тмРНК Е. coli, основанной на сравни­тельном филогенетическом анализе нуклеотидных последовательностей тмРНК из 50 организмов, можно выделить три района. Первый включает 3'- и 5'-концы молекулы и образует тРНК-подобную структуру, состоящую из аминоакцепторного стебля и ТΨС-шпильки. Второй район представляет собой одноцепочечный участок, кодирую­щий tag-пептид, а третий соединяет тРНК - и мРНК-подобные части молекулы. Этот район сильно структурирован и содержит четыре псев­доузла (рк1, рк2, рк3 и рК4).

Матричная часть тмРНК кодирует пептид, являющейся сигналом узнавания специфическими протеазами (tag-пептид). тРНК-подобная часть может быть аминоацилирована. В аминоацилированном состоянии тмРНК взаимодействует с рибосомой, запрограммированной мРНК, в которой в результате случайной дегра­дации отсутствует стоп-кодон. В результате та­кие рибосомы оказываются "арестованными", они не могут освободиться от мРНК, тРНК и пептида и не могут участвовать в трансляции нужных клетке мРНК. После взаимодействия с тмРНК трансляция переключается на матричную часть этой РНК, что приводит к считыванию tag-пептида, кодируемого матричной частью мРНК. В ре­зультате tag-пептид присоединяется к недосинтезированному пептиду, который содержится в рибосоме до ее взаимодействия с тмРНК. При этом происходит терминация трансляции на стоп-кодоне матричной части тмРНК, а пептид, освободив­шийся из рибосомы, содержит участок, узнавае­мый специфическими протеазами, что способст­вует его быстрой деградации.



Рис. 5. Схема транс-трансляции (Цитировано по Зверевой М.Э. и соавт.)

В 1996 г. Кейлер предложил в качестве меха­низма функционирования тмРНК модель транс-трансляции (биосинтез полипептидной цепи белка с использованием различных матричных последовательностей). Она предлагает механизм синтеза дополни­тельного пептида, основанный на наблюдении, что добавление нового пептида происходит в слу­чае трансляции мРНК, в которой отсутствует стоп-кодон. Согласно этой модели, заряженная аланином тмРНК входит в А-центр рибосомы тогда, когда трансляция останавливается на З'-конце повреж­денной мРНК, не содержащей стоп-кодон. Оста­новившаяся пептидная цепь переносится на аланил-тмРНК (реакция транспептидирования), и рибосома продолжает синтез по матричной части тмРНК. Синтез продолжается до поступления в А-центр стоп-кодона тмРНК, после чего вступает в действие фактор терминации и трансляция завершается. В результате гибрид­ный белок, состоящий из пептидов, соединенных аланином из тмРНК, уходит из рибосомы, а освободив­шаяся рибосома может участвовать в синтезе другого белка.

Особенность такой транс-трансляционной си­стемы состоит в том, что одна пептидная цепь синтезируется с двух различных молекул мРНК. Необходимо отметить, что способ уста­новления рамки считывания (ОРС) матричной части тмРНК отличен от всех известных способов уста­новления рамки считывания. Первая включаемая аминокислота не определена обычным кодон-антикодоновым взаимодействием, а аденозиновый остаток, отстоящий на 3 н. в 5'-направлении от первого транслируемого кодона, важен для транс-трансляции. В природных тмРНК этот аденозин находится в центре таких триплетов, как UАА и UАG, которые обычно узнаются с по­мощью фактора терминации. Возможно, для ус­тановления правильной ОРС тмРНК необходим фактор терминации. Это предположение требует дальнейшего экспериментального под­тверждения.

С помощью тмРНК клетка решает две задачи: с одной стороны, осво­бождаются остановившиеся рибосомы, а с другой, неправильные белки быстро расщепляются специфической протеазой, узнающей сигналь­ный пептид, кодируемый матричной частью тмРНК. тмРНК активно исследуется на протяже­нии последних лет. Это связано с открытием процесса транс-трансляции, а именно с возможно­стью синтеза одного белка на основе двух различ­ных мРНК. Способность тмРНК объединять в од­ной молекуле функции тРНК и мРНК и присоеди­нять аланин из тРНК-части без обычного кодон-антикодонового взаимодействия делает тмРНК интересным объектом исследований. Кроме того, отсутствие тмРНК у высших организмов указывает на возможность ее использования в ка­честве хорошей мишени при создании новых ан­тибактериальных средств. Функция тмРНК осо­бенно важна для жизнедеятельности бактерий при повышенных температурах. Известно, что многие бактериальные инфекции сопровождают­ся повышением температуры, поэтому создание препарата, блокирующего функцию тмРНК, при­ведет к гибели бактерий и не повлияет на биосин­тез белков человека


Похожие:

Перепрограммирование трансляции iconРазработка автоматизированной системы трансляции расписания и рекламы кинотеатра
Разработка автоматизированной системы трансляции расписания и внедрение Системы «киноматика» 19
Перепрограммирование трансляции iconРасписание экзаменов после сессии
Языки программирования и методы транслиции трансляции Добровольская Н. Ю. 40 ауд. 129
Перепрограммирование трансляции iconЛитература: Тетради переводчика -вып. 14, стр. 67
Проблема трансляции коннотативных компонентов переводимой единицы содержания текста оригинала
Перепрограммирование трансляции icon«Актуальные проблемы трансляции визуальной культуры»
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Чувашский государственный...
Перепрограммирование трансляции iconЭволюция способов трансляции научных знаний
Знание в традиционном смысле связано с трансляцией. Оба типа общения используют язык как основную, всегда сопутствующую социальности,...
Перепрограммирование трансляции iconРеальность (истина) о Сирийском кризисе
Целью этого заговора является трансляции сектантских конфликтов и сектантской борьбы вплоть до разделения Сирии, что будет повод...
Перепрограммирование трансляции iconUa Начало конкурса: 1 отделение – 15. 00
Все этапы + заключительное Гала – шоу пройдут в прямом эфире он-лайн трансляции на Беллиданс телевидении уавст, iaed,украинском Форуме...
Перепрограммирование трансляции iconКакое число нуклеотидов с А, Т, г и ц содержится в двухцепочечной молекуле днк?
В процессе трансляции участвовало 30 молекул трнк. Определите число аминокислот, входящих в состав синтезируемого белка, а также...
Перепрограммирование трансляции iconМужская музыкальная группа
Шоу также демонстрировалось по кабельным каналам Gomtv и mtv корея. Изначально группа состояла из 6 участников, один из которых,...
Перепрограммирование трансляции iconСпонсорство спортивных соревнований
«лицо, предоставившее средства либо обеспечившее предоставление средств для организации и (или) проведения спортивного, культурного...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2020
контакты
userdocs.ru
Главная страница