Перепрограммирование трансляции
Скачать 83.61 Kb.
|
Содержание Явление транс-трансляции |
| 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.  ^ 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:
 | Разработка автоматизированной системы трансляции расписания и рекламы кинотеатра Разработка автоматизированной системы трансляции расписания и внедрение Системы «киноматика» 19 |  | Расписание экзаменов после сессии Языки программирования и методы транслиции трансляции Добровольская Н. Ю. 40 ауд. 129 |
| Литература: Тетради переводчика -вып. 14, стр. 67 Проблема трансляции коннотативных компонентов переводимой единицы содержания текста оригинала | | «Актуальные проблемы трансляции визуальной культуры» Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Чувашский государственный... |
| Эволюция способов трансляции научных знаний Знание в традиционном смысле связано с трансляцией. Оба типа общения используют язык как основную, всегда сопутствующую социальности,... | | Реальность (истина) о Сирийском кризисе Целью этого заговора является трансляции сектантских конфликтов и сектантской борьбы вплоть до разделения Сирии, что будет повод... |
| Ua 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... | | Какое 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... |
| Мужская музыкальная группа Шоу также демонстрировалось по кабельным каналам Gomtv и mtv корея. Изначально группа состояла из 6 участников, один из которых,... | | Спонсорство спортивных соревнований «лицо, предоставившее средства либо обеспечившее предоставление средств для организации и (или) проведения спортивного, культурного... |