Varios sitios especiales donde el ARNm interactúa con los ribosomas durante la traducción y explicaciones

1. El papel de la PABP en el inicio de la traducción

Todos los ARNm eucariotas tienen una estructura de tapa en el extremo 5', señaló Shtkin basándose en los resultados de in. Experimentos de traducción in vitro. La tapa del extremo 5 ′ puede mejorar la eficiencia de la traducción. Desde entonces, muchos estudios han confirmado que la traducción de la mayoría de los ARNm depende de la estructura de la tapa.

Además de la tapa, la mayoría de los ARNm eucariotas tienen una cola poliA en el extremo 3'. Se ha observado en muchos experimentos in vivo y sistemas de traducción in vitro altamente activos que la estructura poliA del ARNm está directamente relacionada. En cuanto a la eficiencia de la traducción, el ARNm con poliA se traduce mucho más eficientemente que el ARNm correspondiente sin cola de poliA. La tapa del extremo 5' y el poliA del extremo 3' pueden regular de manera coordinada la eficiencia de la traducción del ARNm. Estudios adicionales han demostrado que durante el inicio de la traducción eucariota, la poliA se une a PABP y afecta la traducción a través de PABP.

La PABP está altamente conservada en eucariotas y contiene 4 motivos de reconocimiento de ARN (RNA reconoció motivos, RRM). Sachs et al. demostraron por primera vez que PABP está involucrada en el inicio de la traducción. PABP puede ayudar a la combinación de la subunidad 60S y la subunidad 40S para promover la formación del ribosoma 80S [5]. La evidencia bioquímica también revela el papel de la PABP en el inicio de la traducción. Ni el poliA ni la estructura de la tapa del extremo 5' pueden actuar solos en la traducción, sino que solo pueden actuar de forma sinérgica en la interacción entre la tapa y su factor de iniciación en este proceso [3, 6]. Es posible que PABP pueda interactuar directamente con CBP o indirectamente a través de un intermediario (como se muestra en la Figura 1. A través de esta interacción, los dos extremos del ARNm están muy cerca en el espacio para formar un bucle). Esto concuerda con los resultados experimentales de microscopía electrónica de hace más de 40 años, que observaron que los polirribosomas tienen forma de anillo. Quizás los eucariotas mejoren la eficiencia de la traducción mediante la interacción de ambos extremos.

Figura 1 Interacción entre los dos extremos del ARNm iniciador de la traducción

Si se añade poliA exógena al sistema de traducción in vitro de la lisozima, se inhibe la síntesis de proteínas, lo que indica que la PoliA exógena une (squester) un componente necesario para la traducción. Gallie et al. también encontraron que el efecto inhibidor del ARNm sin estructura de tapa era mayor que el del ARNm con tapa, lo que indica que el ARNm con una tapa en el extremo 5' puede competir eficientemente por un componente que se une fácilmente mediante poliA exógeno. Además, la adición de eIF4F y eIF4B purificados revirtió el efecto inhibidor causado por la poliA. Se puede observar que los componentes unidos por esta poliA exógena son eIF4F y eIF4B. Aunque estos factores pueden actuar directamente sobre la poliA, su afinidad por la poliA es sólo aproximadamente la mitad de su afinidad por la PABP [7]. La explicación más probable para esto es que la unión de poliA a eIF4F y eIF4B se completa mediante la interacción proteína-proteína entre el complejo PABP/poliA y cada factor.

En levaduras y plantas, PABP interactúa directamente con la subunidad grande eIF4G (eIFiso4G) de eIF4F (eIFiso4F) para promover la unión de la subunidad 40S al ARNm [7, 8]. Sin embargo, la PABP de mamíferos no interactúa directamente con eIF4G. Recientemente, se descubrió en mamíferos una proteína que actúa sobre PABP, PAIP-1, con cierta homología con eIF4G. Craig et al. [9] propusieron un modelo a este respecto, creyendo que la PABP y el eIF4A de los mamíferos utilizan PAIP-1 como intermediario para formar un puente entre poliA y 5'-UTR. El efecto sinérgico de la tapa del extremo 5' y poliA. sobre el inicio de la traducción se puede completar de acuerdo con los siguientes pasos: eIF4A se recluta en la tapa del extremo 5' interactuando con eIF4G, y la tapa a su vez promueve la reacción de reclutamiento de eIF4A (Figura 1), y luego eIF4A interactúa con PABP a través de PAIP-1 como intermediario [4, 9 〕. En las plantas, no solo eIF4F (eIFiso4F) y eIF4B pueden aumentar respectivamente la afinidad de PABP por poliA, sino que también pueden afectar sinérgicamente la capacidad de unión de PABP a poliA. Se sugiere que debe haber una interacción funcional entre PABP, eIF4F y eIF4B [7]. En los mamíferos, el contenido de eIF4F es bajo para mejorar la eficiencia de la traducción, eIF4F se combina con PABP para aumentar su unión a cap y poliA respectivamente [4].

La interacción molecular entre PABP y sus factores de iniciación relacionados está controlada por la concentración de PABP y ARNm entre las células. A una determinada concentración, la poliA (probablemente actuando junto con PABP***) puede aumentar la selectividad de traducción. ARNm in vitro. Además, la interacción intermolecular que involucra PABP en ambos extremos juega un papel en la detección de la integridad del ARNm pretraduccional, evitando así la traducción de ARNm incompleto. Otra razón por la que PABP participa en interacciones intermoleculares en la iniciación puede ser promover la reiniciación a través de la proximidad de los dos extremos. La evidencia ha demostrado que la subunidad 40S todavía está unida al ARNm después de la traducción; los ribosomas unidos al ARNm pueden reclutarse preferentemente.

Hay 4 pequeños marcos de lectura abiertos ascendentes (suORF) ascendentes del ORF de GCN4. Para traducir el marco de lectura abierto distal del ARNm de GCN4, la subunidad 40S permanece unida al ARNm después de la traducción del suORF proximal. Con la terminación de la traducción del primer suORF y el desprendimiento de la subunidad 60S, el 50% de las subunidades 40S todavía están unidas al ARNm y continúan escaneando, mejorando así la eficiencia de la traducción.

Una vez finalizada la traducción, la subunidad 40S todavía está unida a la 3′-UTR del ARNm, lo que favorece el reinicio, y la longitud de la 3′-UTR determina su tiempo de unión. Los ARNm con baja eficiencia de traducción suelen utilizar este mecanismo para construir una serie de ARNm con diferentes longitudes de 3′-UTR. A medida que aumenta la longitud de 3′-UTR, también aumenta la eficiencia de traducción. Cuanto más larga es la 3′-URT, más tiempo permanecen unidos los ribosomas a la 3′-UTR después de que finaliza la traducción, lo que aumenta su respuesta de reclutamiento. Además, durante este proceso, la concentración de subunidades 40S unidas al ARNm es mayor que la concentración de las subunidades 40S que se han desprendido del ARNm. El complejo PABP/polyA y el complejo eIF4F/5' pueden facilitar el nuevo reclutamiento [4].

2. La interacción entre ambos extremos mejora la estabilidad del ARNm.

La interacción entre PABP y CBP no solo promueve el inicio eficiente de la traducción, sino que también juega un papel importante en el mantenimiento de la integridad del ARNm. papel [4, 9]. En levaduras y mamíferos, la eliminación de poliA ocurre antes de la descapsulación cuando se degrada el ARNm. PolyA se degrada primero, lo que hace que la PABP se libere del ARNm. Con la liberación de PABP, la enzima decapante DcplP escinde la cubierta del extremo 5', y el ARNm completo se degrada rápidamente mediante el exo de ARN 5'→3'. -exonucleasa ribosomal XrnlP. La liberación de PABP del ARNm deja la tapa del extremo 5' vulnerable al ataque, y la PABP desempeña un papel protector en este proceso. PABP puede mejorar la combinación de eEF4F de la planta y la estructura de la tapa, lo que indica que PABP utiliza eIF4G como intermediario para ejercer su función estabilizando la combinación de eIF4E y la tapa [2]. En los mamíferos, la eliminación de poliA del ARNm ocurre antes de la degradación de la tapa del extremo 5', lo que indica que PABP puede usar PAIP-1 como intermediario para promover la unión de eIF4F a la tapa y ejercer su efecto protector [4].

3. Regulación de los efectos funcionales de ambos extremos del ARNm

Existe una variedad de factores internos y externos que regulan la interacción entre la tapa del extremo 5' del ARNm y la poliA. como modificaciones de proteínas. En el cultivo de células de mamíferos, la traducción se inhibe durante la falta de suero y, a la inversa, se activa la traducción. Además, la insulina también puede inducir la sinergia cap/polyA en células privadas de suero para promover la traducción de una manera dependiente de la concentración, lo que indica que la regulación de la interacción entre PABP y los factores de iniciación relacionados con cap (posiblemente mediados por PAIP-1) es una vía de transducción de señales de insulina que forma parte de 〔11〕. La regulación de la insulina puede lograrse mediante la fosforilación de factores proteicos [4]. Por ejemplo, puede inducir la fosforilación de eIF4E, aumentando así su actividad de unión a la tapa, o inducir la fosforilación de la proteína de unión a eIF4E, promoviendo la interacción entre eIF4E y eIF4G y, en última instancia, afectando el reclutamiento de eIF4A, afectando así su interacción con PAIP-1 en ambos extremos El papel de "puente" entre.

La inducción genética es otra forma de regular los efectos funcionales de ambos extremos. Los estudios han encontrado que las células T se activan para inducir la producción de PAIP-1, y luego PAIP-1 interactúa con la proteína de unión poliA (iPABP) [9].

El estrés ambiental como el choque térmico puede, por un lado, desintegrar rápidamente los polirribosomas y, por otro, reducir la interacción entre la capa de ARNm y poliA e inhibir la traducción. El choque térmico cambia directa o indirectamente el estado de fosforilación de los factores proteicos unidos a PABP, como la desfosforilación de eIF4E y eIF4B de mamíferos [1] y eIF4B de plantas [11]. La desfosforilación reduce directamente los efectos de eIF4F/eIF4B y PABP en plantas, mientras que en los mamíferos, la desfosforilación reduce indirectamente el reclutamiento de eIF4A y su oportunidad de interactuar con el complejo PAIP-1/PABP/polyA, inhibiendo así la traducción.

4. La función de la interacción entre los extremos del ARNm sin poliA y tapas.

Los estudios han demostrado que los dos extremos del ARNm sin poliA o estructuras de tapa también pueden interactuar y desempeñar un papel. papel en la traducción. El ARNm de las histonas reguladoras del ciclo celular en los mamíferos no tiene poliA, pero tiene una estructura de tallo-bucle conservada en su extremo 5', que es necesaria para el transporte nucleocitoplasmático y la regulación de la estabilidad del ARNm durante diferentes ciclos celulares. También se descubrió que también es necesario para la traducción eficiente de ARNm de mamíferos terminado con una estructura de tallo-bucle. Esta estructura de vástago-bucle es similar a la poliA, y su actividad como factor regulador depende de la tapa del extremo 5', lo que indica que también existe una interacción entre la tapa del extremo 5' y la estructura de vástago-bucle.

Se han encontrado en virus algunos ARNm con poliA pero sin tapa en el extremo 5', como el ARNm del genoma del virus del grabado del tomate, que utiliza una secuencia líder en el extremo 5' en lugar del extremo 5'. cap para impartir independencia a la función de traducción de Hat. La secuencia líder 5' interactúa con poliA como una tapa 5' para promover una traducción eficiente.

Sin embargo, los factores proteicos que median esta interacción y el papel de ambos extremos del ARNm de histonas regulado por el ciclo celular aún están bajo investigación.

Los dos extremos de algunos otros ARN virales que carecen de caps o poliA también muestran interacciones funcionales, que se logran a través de elementos de ARN que tienen funciones similares a caps o poliA. Por ejemplo, el ARNm de TMV no tiene poliA, pero contiene una 3′-UTR de 20 pb, que tiene una función similar a la poliA. Esta 3′-UTR es una estructura de orden superior que contiene cinco pseudonudos de ARN y una región terminal similar a un ARNt.

La investigación sobre ARNm no conservado sin estructuras poliA o cap sugiere que los elementos de secuencia que flanquean el marco de lectura abierto pueden ser la base para una traducción eficiente. Todavía hay muchas preguntas sobre el mecanismo de traducción de proteínas que aún no están claras. La traducción circular del ARNm puede ser uno de los mecanismos de traducción de proteínas, que requiere más estudios.