11.5: Утечочное сканирование

Во время большинства эукариотических процессов трансляции, небольшая 40S субъединица рибосомы сканирует мРНК от ее 5'-конца до тех пор, пока не встретит первый стартовый кодон AUG. Затем большая рибосомальная субъединица 60S присоединяется к меньшей, чтобы инициировать синтез белка. Местоположение инициации трансляции во многом определяется нуклеотидами рядом со стартовым кодоном, поскольку на мРНК может присутствовать несколько сайтов инициации трансляции. Мэрилин Козак обнаружила, что последовательность RCCAUGG (где R означает аденин или гуанин) является оптимальной последовательностью распознавания для инициации трансляции. Пурин в положении -3 и гуанин в положении +4 высоко консервативны у всех видов животных и растений и регулируют начало синтеза белка. Если первый стартовый кодон не имеет пурина в положении -3 и гуанина в положении +4, то эта последовательность находится в слабом контексте. Например, вирус комков арахиса содержит РНК, кодирующую два белка: p23 и p39. Первый стартовый кодон отвечает за синтез р23 и имеет слабую распознаваемую последовательность CUUAUGU. Около 30% рибосом пропускают первый стартовый кодон и вместо этого инициируют трансляцию с нижестоящего стартового кодона, производя второй белок, p39. Такая инициация трансляции в альтернативном сайте известна как «протекающее сканирование» и наблюдалась в мРНК млекопитающих, растений и вирусов.

Расстояние стартового кодона от других элементов транскрипта также может вызвать утечку сканирования. Если первый стартовый кодон находится на расстоянии менее 12 нуклеотидов от 5'-конца транскрипта, первый AUG можно пропустить. Это также может произойти, если два стартовых кодона AUG расположены близко друг к другу, как это видно в сегменте 6 вируса гриппа B, где два стартовых кодона разделены всего 4 нуклеотидами.

Утечочное сканирование позволяет организмам производить разные изоформы белка, когда два стартовых кодона находятся в одной рамке считывания. Ген рецептора глюкокортикоидов млекопитающих является хорошим примером такого типа «протекающего» сканирования, при котором образуются две разные изоформы белка — более крупный GR1 массой 94 кДа и меньший GR2 массой 91 кДа. Несмотря на меньший размер, GR2 в два раза эффективнее GR1 в трансактивации генов. С другой стороны, если первый и последующие стартовые кодоны имеют разные рамки считывания, это может привести к образованию совершенно разных белков. Например, мРНК сегмента 2 вируса гриппа А может кодировать 2 разных белка. Первый белок является основным компонентом вирусной полимеразы, необходимой для репликации вируса; второй белок способствует апоптозу и не важен для репликации вируса.

Во время эукариотической трансляции, рибосомы сканируют мРНК, начиная с с 5-го прайм-конца до тех пор, пока они не столкнутся с первой AUG-последовательностью, старт-кодоном, и инициируют синтез белков. Тем не менее, возможно, у мРНК Два или более AUG-кодона в её последовательности. Рибосомы иногда не могут узнать первый AUG кодон, и вместо этого, начинают ситез белка со стартового кодона Далее вниз по ветви мРНК.

Это явление называется сканированием с утечкой"и это позволяет производить различные типов белков от той же мРНК. Конкретная консенсусная последовательность, известная как последовательность Козака, определяет, будет ли эта рибосома в состоянии запустить синтез белка на старт-кодоне, или пропустит его. В этой последовательности, A из Первый старт кодон AUG нумеруется как плюс один.

Нуклеотиды после него являются положительными, и нуклеотиды до него были отрицательными. Оптимальная последовательность происходит, когда пурин присутствует в позиции минус три и гуанин присутствует в позиции плюс четыре. В позиции минус три, аденин более эффективен, чем гуанин при запуске трансляция.

Изменения в остальной части нуклеотидной последовательности оказывают незначительное влияние при синтезе белков. Когда эта оптимальная последовательность присутствует, почти все рибосомы инициируют синтез белка на этом AUG-кодоне. В отличие от этого, если пурин в положении минус три или гуанин в плюс четыре отсутствуют, только некоторые рибосомы запустят трансляцию На первом AUG-кодоне.

Большинство рибосом пропустит этот старт-кодон, продолжит сканирование мРНК, и запустит трансляцию на более низком старт-кодоне с оптимальной распознавающей последовательностью. При сканировании с утечкой если и тот, и другой кодоны имеют такое же окружение, произведённые белки будут отличаться только в конецных терминалах. Это позволяет клеткам производство белков без специального органического сигнала на N-конце, например.

С другой стороны, если старт-кодон на выходе имеет другое окружение, чем первый старт-кодон, это может привести к производству полностью различных типов белков.