Етапи трансляції мрнк при синтезі білка

Протягом декількох останніх десятиліть контроль над експресією генів на рівні трансляції став способом регулювання зростання, проліферації, злоякісної трансформації та апоптозу. Регулювання трансляції мРНК може змінити загальну трансляційну або рибосомну ємність клітини (тобто число рибосом) або змінити трансляційну або рибосомну ефективність (тобто кількість білка, синтезованого на одній рибосомі).

Крім того, зміни рибосомной ефективності можуть обмежуватися регулюванням експресії конкретного білка (наприклад, мРНК феритину) або впливати на швидкість трансляції специфічних білків, які потім беруть участь в трансляції мРНК і, отже, надають глобальне всеосяжний вплив на продуктивність і ефективність трансляції мРНК (наприклад, термінального олігопірімідіна мРНК, який описаний далі ).

зміна рибосомной ємності вказує на зміну змісту рибосомних білків і Хвороби (рРНК) в клітці. Час, необхідний для модифікації цих популяцій, показує, що змінити загальний синтез білка на рівні рибосомной ємності можуть лише хронічні захворювання або такі тривалі стану, як тривале голодування або неконтрольований діабет.

на рівень РНК також впливає вік. Зокрема, швидкість загального обороту рРНК і транспортної РНК (тРНК) у всьому організмі у недоношених немовлят в 3-4 рази вище, ніж у дорослих, а оборот мРНК у новонароджених в 6 разів вище, ніж у дорослих. Це підкреслює той факт, що високий темп зростання у новонароджених можливий завдяки здатності організму створювати і використовувати трансляційний апарат.

кожна рибосома складається з 80 різних білків і 4 видів РНК (5S, 5.8S, 18S, 28S). Три види РНК (5.8S, 18S, 28S) транскрибируются з одного гена (45S рибосомная ДНК (рДНК)) РНК-полімераза типу I. Транскрипція РНК-полімерази типу I посилюється фактором транскрипції UBF (фактором регуляції наступних ланок сигнального ланцюга). Стану, що підсилюють процеси анаболізму, можуть супроводжуватися підвищеною експресією і / або активністю білка UBF, в результаті збільшується транскрипція 45S рДНК. Наприклад, підвищена активність UBF сприяє гіпертрофії кардіоміоцитів новонароджених.

на рибосомну ємність також може впливати синтез рибосомного білка. Регуляція його синтезу відбувається за рахунок наявності послідовності пиримидинов в 5-нетрансльовані ділянці гена. Цей фрагмент термінального олігопірімідіна (TOP) переважно виявляється в мРНК, що кодує рибосомні білки, фактори трансляції мРНК, такі як фактори елонгації eEFIA і eEF2, і полі- (А) -зв`язуючим білок, що беруть участь в утворенні рибосом.

скорочення трансляції TOP мРНК знижує загальну белковосінтетіческой ємність клітини, оскільки TOP мРНК кодує трансляційний апарат. Ряд досліджень пов`язав воєдино фосфатидилинозитол-3-киназу і сигнальний шлях mTOR в трансляційної активації TOP мРНК, проте на сьогоднішній день точна роль кожного шляху в цьому процесі повністю не визначена. Харчування продуктами, що містять білок, підвищує рівень трансляції TOP мРНК, в той час як дієта, збіднена амінокислотами, його знижує.

дефіцит амінокислот може привести до ослаблення синтезу практично будь-якого білка, але синтез білків, що кодуються ТОР мРНК, пригнічується у багато разів сильніше, ніж синтез більшості білків. Посилене гальмування ТОР мРНК внаслідок недостатнього білкового харчування обумовлено бінарним механізмом контролю за принципом «все або нічого», що змінює асоціацію молекул ТОР мРНК з полісомах (транслює популяцією рибосом) на асоціацію з субполісомамі (нетранслірующей популяцією рибосом). В процесі цього трансляційний апарат практично відключається або включається в мінливому режимі.

Сигнальний шлях, важливий при регулювання трансляції ТОР мРНК і, отже, при біогенезу рибосом, включає протеїн mTOR. mTOR утворює окремі сигнальні комплекси з додатковими взаємодіючими білками, які потім спонукають трансляційний апарат адекватно реагувати на поживні речовини, інсулін / фактори росту і енергетичний статус. Таким чином, шлях, що перетворює сигнал mTOR, є важливим механізмом, за допомогою якого еукаріотичні клітини налаштовують свій потенціал біосинтезу білка у відповідь на умови середовища, що оточує клітину.

Нутрієнт-залежний комплекс 1 mTOR, реагує як на гормональний, так і на амінокислотний статус, активує сигнальний шлях кінази рибосомного білка S6 (S6K1), який контролює клітинну гіпертрофію і гомеостаз глюкози. Нутрієнт-залежний комплекс 2 mTOR є важливим фактором регуляції синтезу актинового цитоскелету і розвитку і ремоделювання тканин. Крім того, mTOR контролює клітинну проліферацію, синтез рРНК, процесинг пре-рРНК і Аутофагія. Таким чином, сигнальний шлях mTOR контролює широкий спектр різних подій, пов`язаних з ростом і розвитком.

Треба відзначити, що mTOR і його сигнальні комплекси займають центральне місце у всіх процесах, що стосуються зростання, і, отже, необхідні для росту новонароджених і анаболической реакції на прийом нутрієнтів.

Регулювання рибосомной ємності дає організму можливість адаптуватися до умов тривалих змін. З іншого боку, при необхідності змін рибосомной ефективності можливо досягти без зволікання, оскільки весь белковосінтетіческой апарат вже присутня. У перелік умов, які змінюють рибосомну ефективність, входять харчування, гіпоксія і гормональні коливання. Зміни рибосомной ефективності передбачають регулювання на рівні трансляції мРНК.

Відео: Біосинтез білків

трансляція мРНК є високоорганізованим і багатокомпонентним сигнальним шляхом, який можна розділити на три стадії:
(1) ініціацію;
(2) елонгацію;
(3) терминацию.

на початковій стадії невеликі (40S) рибосомні субодиниці залучаються до відібрану мРНК і разом з великою (60S) рибосомной субодиницею формують рибосому 80S, яка здатна розпізнати початок трансляційного кодону і почати процес елонгації. Процес елонгації включає енергоємну процедуру приєднання амінокислот, однією за одною, до подовжується ланцюжку пептиду. Стадія термінації складається з ідентифікації стоп-кодону і відділення рибосомних субодиниць від мРНК.

Кожна з цих стадій регулюється окремими категоріями білкових чинників, званих відповідно стадій еукариотическими факторами ініціації (eIF), еукариотическими факторами елонгації (eEF) і еукаріотичних факторами вивільнення (eRF). Більшість цих білкових чинників, що регулюють трансляцію, мають кілька субодиниць і містять зв`язують ділянки для взаємодії з іншими факторами трансляції, а також для об`єднання з рибосомою. Крім того, деякі з них здатні виявляти каталітичну активність, яка може бути використана для стимулювання або інгібування трансляції.