$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Ponieważ tłumaczenie zużywa najwięcej energii komórkowej, ma sens, że tłumaczenie jest ściśle regulowane1. I odwrotnie, rozregulowanie translacji - i wynikające z tego zmiany w produkcji białek - jest często obserwowane w stanach stresowych i chorobowych, takich jak rak1,2. Główną zaletą kontroli translacyjnej jest szybkość, z jaką komórki mogą zmieniać swoje białko wyjściowe, aby reagować na różne bodźce3. Regulacja translacji stanowi zatem ważny mechanizm, który może wpływać na przeżycie i śmierć komórki1,2,3. Spośród etapów translacji, inicjacja jest najbardziej uregulowana i złożona3. Krótko mówiąc, większość eukariotycznych mRNA zawiera kap o długości 5 stópi 7G, który prawie zawsze jest niezbędny do ich translacji. Inicjacja zależna od czapeczki wymaga eukariotycznych czynników inicjacji eIF4E, eIF4A i eIF4G (kompleks rozpoznawania kapu) do interakcji z końcem 5' mRNA. Kompleks rybosomów preinicjacyjnych 43S, który zawiera tRNA i eIF3 związany z eIF2, jest rekrutowany do końca 5' mRNA poprzez interakcję eIF4G z eIF3. Uważa się, że kompleks preinicjacyjny skanuje mRNA, wspomagany przez eIF4A (helikazę RNA) do momentu zlokalizowania kodonu start (AUG). Następnie tworzy się kompleks inicjacyjny 48S, a tRNA jest dostarczane do miejsca P rybosomu. Wreszcie, podjednostki rybosomów 60S i 40S są łączone, tworząc kompleks inicjacyjny 80S, po którym następuje wydłużenie translacji1,3,4. W przeciwieństwie do tego, wewnętrzne miejsca wejścia rybosomów (IRES) omijają wymóg czapki 5', rekrutując podjednostkę rybosomalną 40S bezpośrednio do kodonu inicjacyjnego3. Fizjologiczne warunki stresu osłabiają globalną translację mRNA ze względu na modyfikacje kluczowych ogólnych czynników inicjacji eukariotycznej (eIF). Jednak niekanoniczne mechanizmy inicjacji translacji pozwalają na selektywną translację niektórych mRNA, które często kodują białka odpowiedzi na stres, a rozregulowanie niekanonicznej inicjacji translacji jest związane ze stanami chorobowymi, takimi jak rak1,2. Dyskretne elementy regulatorowe RNA, takie jak komórkowe IRES, pozwalają na translację takich mRNA2,3.
Szczególnie interesującym aspektem kontroli translacyjnej jest zrozumienie mechanizmów kanonicznej kontra niekanonicznej translacji danego mRNA. Odcisk palca u nogi to technika, która pozwala na szczegółowe badanie mechanistyczne inicjacji translacji określonych RNA in vitro. Ogólnym celem odcisku palca u nogi jest ocena zdolności interesującego RNA do zarodkowania tworzenia kompleksu inicjującego translację z rybosomem w różnych warunkach, w celu określenia, które sekwencje, elementy strukturalne lub czynniki pomocnicze są wymagane do skutecznej inicjacji translacji. Na przykład rekrutacja rybosomów może być utrudniona w przypadku braku czapeczki 5', ale stymulowana przez obecność IRES.
Zasada tej techniki polega na transkrypcji in vitro interesującego RNA, inkubacji go w obecności ekstraktów komórkowych zawierających składniki translacji (lub oczyszczonych składników), aby umożliwić tworzenie się kompleksów inicjacyjnych i odwrotną transkrypcję RNA za pomocą określonego startera. Stabilne kompleksy RNA-rybosom spowodują zatrzymanie odwrotnej transkrypcji na krawędzi 3' rybosomu - tak zwany 'odcisk palca'5,6,7.
W tym protokole, podjednostki rybosomalne, eIFs, tRNA i czynniki transaktywne IRES (ITAFs) są wygodnie dostarczane przez lizat retikulocytów królika (RRL). Kolejną zaletą tego protokołu jest użycie znakowanego fluorescencyjnie startera i fluorescencyjnego żelu obrazującego zamiast startera znakowanego radioaktywnie. Eliminuje to dodatkowe czynności, w tym znakowanie radioaktywnie podkładu, a także suszenie żelu i wystawianie go na działanie intensyfikującego ekranu. Pasma fluorescencyjne są rejestrowane w czasie rzeczywistym, podczas pracy żelu, co pozwala na uzyskanie większej rozdzielczości. Jako przykład użyto tutaj nieograniczonego inhibitora białka apoptozy sprzężonego z chromosomem X (XIAP) IRES RNA, chociaż za pomocą tej techniki można również analizować mRNA z ograniczonym rdzeniem8.
W przeciwieństwie do analizy zachodniej, która mierzy końcowy wynik procesu translacji w lizatach komórkowych, odcisk palca u nogi jest podejściem in vitro do pomiaru tworzenia kompleksu inicjującego translację na RNA. To redukcjonistyczne podejście pozwala na bardzo szczegółowe badanie substratów lub czynników, które regulują inicjację translacji (np. mRNA z czapeczką lub bez niej, struktura IRES, obecność lub brak ogona poli-A, dostarczanie określonych czynników białkowych itp.). W związku z tym odcisk palca u nogi może być wykorzystany do badania różnych trybów translacji8 lub wpływu struktur mRNA, takich jak IRESes, na syntezę białek9,10.