Back to chapter

11.5:

Сканирование с утечками

JoVE Core
Molecular Biology
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Molecular Biology
Leaky Scanning

Languages

Share

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.

11.5:

Сканирование с утечками

Во время большинства процессов эукариотической трансляции малая субъединица 40S рибосомы сканирует мРНК от ее 5'-конца до первого стартового кодона AUG. Затем большая рибосомная субъединица 60S присоединяется к малой, чтобы инициировать синтез белка. Местоположение инициации трансляции в значительной степени определяется нуклеотидами рядом со стартовым кодоном, поскольку на мРНК может присутствовать несколько сайтов инициации трансляции.  Мэрилин Козак обнаружила, что последовательность RCCAUGG (где R обозначает аденин или гуанин) – это оптимальная последовательность распознавания для инициации трансляции.Пурин в положении -3 и гуанин в положении +4 являются высококонсервативными для 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, тогда эта последовательность находится в слабом контексте. Например, вирус комков арахиса содержит РНК, которая кодирует два белка, p23 и p39. Первый стартовый кодон предназначен для синтеза p23 и имеет слабую последовательность узнавания CUUAUGU. Около 30% рибосом пропускают первый стартовый кодон и вместо этого инициируют трансляцию с нижележащего стартового кодона, производя второй белок, p39. Это инициирование трансляции в альтернативном сайте известно как сканирование с утечкой информации и наблюдается в мРНК млекопитающих, растений и вирусов.

Расстояние между стартовым кодоном и другими элементами транскрипции также может вызывать сканирование с утечкой. Если первый стартовый кодон меньше 12 нуклеотидов от 5'-конца транскрипта, первый AUG может быть пропущен. Это также может произойти, если два стартовых кодона AUG расположены близко друг к другу, что наблюдается в сегменте 6 вируса гриппа B, где два стартовых кодона разделены всего 4 нуклеотидами.

Сканирование с утечкой позволяет организмам продуцировать разные изоформы белка, когда два стартовых кодона находятся в одной и той же рамке считывания. Ген рецептора глюкокортикоидов млекопитающих является хорошим примером этого типа сканирования с утечкой, когда продуцируются две разные изоформы белка – больший 94 кДа GR1 и меньший 91 кДа GR2. Несмотря на свой меньший размер, GR2 в два раза эффективнее GR1 в трансактивации генов. С другой стороны, если первый и последующий стартовые кодоны имеют разные рамки считывания, это может привести к продукции совершенно разных белков. Например, сегмент 2 мРНК вируса гриппа A может кодировать 2 разных белка. Первый белок является основным компонентом вирусной полимеразы, которая необходима для репликации вируса; второй белок способствует апоптозу и не важен для репликации вируса. 

Suggested Reading

  1. Firth, Andrew E., and Ian Brierley. "Non-canonical translation in RNA viruses." The Journal of General Virology 93, no. Pt 7 (2012): 1385.
  2. Yang, Xiaolong, Garry Chernenko, Yawei Hao, Zhihu Ding, Mary M. Pater, Alan Pater, and Shou-Ching Tang. "Human BAG-1/RAP46 protein is generated as four isoforms by alternative translation initiation and overexpressed in cancer cells." Oncogene 17, no. 8 (1998): 981-989.
  3. Ferreira, Joshua P., William L. Noderer, Alexander J. Diaz de Arce, and Clifford L. Wang. "Engineering ribosomal leaky scanning and upstream open reading frames for precise control of protein translation." Bioengineered 5, no. 3 (2014): 186-192.
  4. Yudt, Matthew R., and John A. Cidlowski. "Molecular identification and characterization of a and b forms of the glucocorticoid receptor." Molecular Endocrinology 15, no. 7 (2001): 1093-1103.
  5. Wise, Helen M., Cyril Barbezange, Brett W. Jagger, Rosa M. Dalton, Julia R. Gog, Martin D. Curran, Jeffery K. Taubenberger, Emma C. Anderson, and Paul Digard. "Overlapping signals for translational regulation and packaging of influenza A virus segment 2." Nucleic Acids Research 39, no. 17 (2011): 7775-7790.