Внутренний сайт входа в рибосому

Внутренний сайт входа в рибосому , сокращенно IRES , представляет собой элемент РНК , который позволяет инициировать трансляцию кэп-независимым способом как часть более широкого процесса синтеза белка . Инициация эукариотической трансляции почти всегда происходит и зависит от 5'-кэпа молекул мРНК, где формируется комплекс инициации трансляции и рибосомы взаимодействуют с мРНК. Однако элементы IRES позволяют рибосомам взаимодействовать с мРНК и начинать трансляцию независимо от 5'-кэпа.

История

Последовательности IRES были впервые обнаружены в 1988 году в геномах РНК полиовируса (PV) и вируса энцефаломиокардита (EMCV) в лабораториях Нахума Зоненберга. ^[1] и Экард Виммер , ^[2] соответственно. Их описывают как отдельные участки молекул РНК, которые способны рекрутировать эукариотическую рибосому на мРНК. Этот процесс также известен как трансляция, независимая от ограничения. Было показано, что элементы IRES имеют отчетливую вторичную или даже третичную структуру , но о сходных структурных особенностях на уровнях первичной или вторичной структуры, общих для всех сегментов IRES, до настоящего времени не сообщалось.

Использование последовательностей IRES в молекулярной биологии вскоре стало обычным инструментом для экспрессии множества генов из одной транскрипционной единицы в генетическом векторе . В таких векторах трансляция первого цистрона инициируется на 5'-кэпе, а трансляция любого нижестоящего цистрона активируется с помощью элемента IRES, добавленного на его 5'-конце. ^[3]

Расположение

Элементы IRES чаще всего обнаруживаются в 5'-нетранслируемой области , но могут также встречаться и в других местах мРНК. МРНК вирусов семейства Dicistroviridae обладает двумя открытыми рамками считывания (ORF), и трансляция каждой из них управляется отдельным IRES. Также было высказано предположение, что некоторые клеточные мРНК млекопитающих также имеют IRES, хотя это является предметом споров. ^[4]^[5] Ряд этих клеточных элементов IRES расположены в мРНК, кодирующих белки, участвующие в при стрессе выживании и других процессах, имеющих решающее значение для выживания. По состоянию на сентябрь 2009 года сообщалось, что 60 вирусов животных и 8 вирусов растений содержат элементы IRES, а также 115 последовательностей мРНК, содержащих их. ^[6]

Активация

IRES часто используются вирусами как средство обеспечения активности вирусной трансляции, когда трансляция хозяина ингибируется. Эти механизмы ингибирования трансляции хозяина разнообразны и могут быть инициированы как вирусом, так и хозяином, в зависимости от типа вируса. Однако в случае большинства пикорнавирусов, таких как полиовирус , это достигается путем вирусного протеолитического расщепления eIF4G , так что он не может взаимодействовать с 5'-кэп -связывающим белком eIF4E . Взаимодействие между этими двумя факторами инициации эукариот (eIF) комплекса eIF4F необходимо для рекрутирования 40S рибосомальной субъединицы на 5'-конец мРНК, что, как полагают, происходит с образованием 5'-кэпа мРНК до 3'- поли(А) хвостовой петли. . Вирус может даже использовать частично расщепленный eIF4G для инициации IRES-опосредованной трансляции.

Клетки также могут использовать IRES для увеличения трансляции определенных белков во время митоза и запрограммированной гибели клеток . При митозе клетка дефосфорилирует eIF4E , так что он имеет небольшое сродство к 5'-кэпу . В результате субъединица рибосомы 40S и механизм трансляции переключаются на IRES внутри мРНК. Многие белки, участвующие в митозе, кодируются мРНК IRES. При запрограммированной гибели клеток расщепление eIF-4G, например, осуществляемое вирусами, снижает трансляцию. Недостаток необходимых белков способствует гибели клетки, равно как и трансляция последовательностей мРНК IRES, кодирующих белки, участвующие в контроле гибели клеток. ^[7]

Механизм

На сегодняшний день механизм функции вирусного IRES охарактеризован лучше, чем механизм клеточного IRES. ^[8] что до сих пор является предметом дискуссий. HCV -подобные IRES напрямую связываются с 40S рибосомальной субъединицей, позиционируя их инициаторные кодоны в рибосомальном P-сайте без сканирования мРНК. Эти IRES по-прежнему используют эукариотические факторы инициации (eIF) eIF2 , eIF3 , eIF5 и eIF5B , но не требуют факторов eIF1 , eIF1A и комплекса eIF4F . Напротив, IRES пикорнавируса не связываются с субъединицей 40S напрямую, а вместо этого рекрутируются через сайт связывания eIF4G . ^[9] Многие вирусные IRES (и клеточные IRES) требуют дополнительных белков для обеспечения своей функции, известных как транс -действующие факторы IRES (ITAF). Роль ITAF в функции IRES все еще исследуется.

Валидность тестов для функции IRES

Тестирование последовательностей на предмет потенциальной функции IRES обычно основывается на использовании бицистронных репортерных анализов . В этих тестах сегмент-кандидат IRES вводится в плазмиду между двумя цистронами, кодирующими два разных репортерных белка. Промотор, расположенный выше первого цистрона, управляет транскрипцией обоих цистронов в одной мРНК. Клетки трансфицируют плазмидой и впоследствии проводят анализы для количественной оценки экспрессии двух репортеров в клетках. Увеличение соотношения экспрессии нижестоящего репортера по сравнению с вышестоящим репортером рассматривается как свидетельство активности IRES в тестовой последовательности. Однако без характеристики видов мРНК, образующихся из таких плазмид, нельзя исключать и другие объяснения увеличения этого соотношения. ^[4]^[5] Например, известно множество случаев предполагаемых элементов IRES, о которых позже сообщалось как о обладающих промоторной функцией. неожиданная сплайсинговая активность в нескольких зарегистрированных элементах IRES ответственна за кажущуюся функцию IRES, наблюдаемую в бицистронных репортерных тестах. Также было показано, что ^[10] Промотор или акцептор сплайсинга в тестируемой последовательности может приводить к продукции моноцистронной мРНК, из которой нижестоящий цистрон транслируется посредством традиционной кэп-зависимой, а не IRES-опосредованной инициации. Более позднее исследование, зафиксировавшее множество неожиданных аберрантных видов мРНК, возникающих из репортерных плазмид, показало, что акцепторные сайты сплайсинга могут имитировать как IRES, так и промоторные элементы в тестах с использованием таких плазмид, что еще раз подчеркивает необходимость осторожности при интерпретации результатов репортерного анализа в отсутствие тщательного анализа РНК. ^[11]

Приложения

Последовательности IRES часто используются в молекулярной биологии для совместной экспрессии нескольких генов под контролем одного и того же промотора, имитируя тем самым полицистронную мРНК. За последние десятилетия последовательности IRES были использованы для создания сотен генетически модифицированных моделей животных-грызунов. ^[12] Преимущество этого метода заключается в улучшении молекулярной обработки. Проблема с IRES заключается в том, что экспрессия каждого последующего гена снижается. ^[13]

Другим вирусным элементом, способствующим созданию полицистронной мРНК у эукариот, являются 2А-пептиды . Здесь потенциальное снижение экспрессии генов и степень неполного разделения белков зависят от контекста. ^[14]

Типы

Места входа внутренних рибосом в вирусных геномах ^[9]
Вирус	ИРЭС
Полиовирус	Пикорнавирус IRES
Риновирус	Пикорнавирус IRES
Вирус энцефаломиокардита	Пикорнавирус IRES
Вирус ящура	Афтовирус ИРЭС
Герпесвирус, ассоциированный с саркомой Капоши (KSHV)	Герпесвирус, ассоциированный с саркомой Капоши, IRES
Вирус гепатита А	Гепатит А ИРЭС
Вирус гепатита С	Гепатит С ИРЭС
Вирус классической чумы свиней	Пестивирус IRES
Вирус вирусной диареи крупного рогатого скота	Пестивирус IRES
друга Мышиный лейкоз
Молони Мышиный лейкоз (MMLV)
Вирус саркомы Рауса
Вирус иммунодефицита человека
Plautia stali intestine virus	Внутренний сайт входа в рибосому крипавируса (IRES)
Вирус паралича сверчка	Внутренний сайт входа в рибосому крипавируса (IRES)
Вирус триатомы	Внутренний сайт входа в рибосому крипавируса (IRES)
Вирус Ропалозифум Пади	Внутренний сайт входа в рибосому вируса Rhopalosiphum padi (IRES)
Вирус болезни Марека MDV	5'-лидерный IRES и интерцистронный IRES в семействе немедленных ранних транскриптов (IRES) размером 1,8 т.п.н.1

Внутренние сайты входа в рибосомы в клеточных мРНК ^[9]
Тип белка	Белки
Факторы роста	Фактор роста фибробластов ( FGF-1 IRES и FGF-2 IRES ), тромбоцитарный фактор роста B (PDGF/ c-sis IRES ), фактор роста эндотелия сосудов ( VEGF IRES ), инсулиноподобный фактор роста 2 ( IGF-II IRES) )
Транскрипционные факторы	Антеннапедия , Ультрабиторакс , MYT-2 , NF-κB Фактор репрессии NRF, AML1/ RUNX1 , Гомеодоменный белок Gtx
Факторы перевода	Эукариотический фактор инициации 4G (elF4G)a, Эукариотический фактор инициации 4Gl (elF4Gl)a, Эукариотический фактор инициации трансляции 4 гамма 2 (EIF4G2,DAP5)
Онкогены	c-myc , L-myc , Pim-1, протеинкиназа p58PITSLRE, p53
Транспортеры / рецепторы	Катионный переносчик аминокислот (SLC7A1, Cat-1) , Ядерная форма Notch 2, Потенциал-управляемый калиевый канал , Мускариновый рецептор M2 Мускариновый ацетилхолиновый рецептор M2 ^[15]
Активаторы апоптоза	Фактор активации апоптотической протеазы ( Apaf-1 )
Ингибиторы апоптоза	Х-связанный ингибитор апоптоза ( XIAP ), HIAP2, Bcl-xL , Bcl-2
Белки, локализованные в нейронов дендритах	Регулируемый активностью цитоскелетный белок (ARC), α-субъединица дендрина кальмодулинзависимой киназы II, белок 2, ассоциированный с микротрубочками (MAP2), нейрогранин (RC3), белок-предшественник амилоида
Другие	иммуноглобулина Белок, связывающий тяжелую цепь (BiP) , белок теплового шока 70 , β-субъединица митохондриальной H+-АТФ-синтазы, орнитиндекарбоксилаза , коннексины 32 и 43 , HIF-1α , APC

См. также

Ссылки

^ Пеллетье Дж., Зоненберг Н. (июль 1988 г.). «Внутренняя инициация трансляции эукариотической мРНК, управляемая последовательностью, полученной из РНК полиовируса». Природа . 334 (6180): 320–325. Бибкод : 1988Natur.334..320P . дои : 10.1038/334320a0 . ПМИД 2839775 . S2CID 4327857 .
^ Янг С.К., Кроусслих Х.Г., Никлин М.Дж., Дюк Г.М., Палменберг А.С., Виммер Э. (август 1988 г.). «Сегмент 5'-нетранслируемой области РНК вируса энцефаломиокардита направляет внутреннее проникновение рибосом во время трансляции in vitro» . Журнал вирусологии . 62 (8): 2636–2643. дои : 10.1128/jvi.62.8.2636-2643.1988 . ПМК 253694 . ПМИД 2839690 .
^ Рено-Габардос, Э; Хантелис, Ф; Морфуасс, Ф; Шофур, X; Гарми-Сузини, Б; Пратс, AC (20 февраля 2015 г.). «Векторы на основе внутреннего сайта входа рибосомы для комбинированной генной терапии» . Всемирный журнал экспериментальной медицины . 5 (1): 11–20. дои : 10.5493/wjem.v5.i1.11 . ПМЦ 4308528 . ПМИД 25699230 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Козак М. (март 2001 г.). «Новые способы инициации трансляции у эукариот?» . Мол Клеточная Биол . 21 (6): 1899–1907. дои : 10.1128/MCB.21.6.1899-1907.2001 . ПМК 86772 . ПМИД 11238926 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Козак М (2005). «Второй взгляд на последовательности клеточной мРНК, которые, как говорят, функционируют как внутренние сайты входа в рибосомы» . Исследования нуклеиновых кислот . 33 (20): 6593–6602. дои : 10.1093/nar/gki958 . ПМЦ 1298923 . ПМИД 16314320 .
^ Мокрейс М, Вопаленский В, Коленаты О, Масек Т, Фекетова З, Секирова П, Скалудова Б, Криз В, Посписек М (январь 2006 г.). «IRESite: база данных экспериментально проверенных структур IRES (www.iresite.org)» . Исследования нуклеиновых кислот . 34 (Проблема с базой данных): D125–30. дои : 10.1093/nar/gkj081 . ПМЦ 1347444 . ПМИД 16381829 .
^ Альбертс Б., Джонсон А., Льюис Дж., Рафф М., Робертс К., Уолтер П. (2002). Молекулярная биология клетки . Гирляндная наука. стр. 447–448 . ISBN 978-0-8153-4072-0 .
^ Лопес-Ластра М., Ривас А., Барриа М.И. (2005). «Синтез белка у эукариот: растущая биологическая значимость инициации трансляции, независимой от кэпа». Биологические исследования . 38 (2–3): 121–146. CiteSeerX 10.1.1.463.2059 . дои : 10.4067/s0716-97602005000200003 . ПМИД 16238092 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Хеллен CU, Сарнов П. (июль 2001 г.). «Внутренние сайты входа рибосомы в молекулах мРНК эукариот» . Гены и развитие . 15 (13): 1593–1612. дои : 10.1101/gad.891101 . ПМИД 11445534 .
^ Бараник Б.Т., Лемп Н.А., Нагашима Дж., Хираока К., Касахара Н., Логг Ч.Р. (март 2008 г.). «Сплайсинг опосредует активность четырех предполагаемых мест входа внутренних клеточных рибосом» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 105 (12): 4733–4738. Бибкод : 2008PNAS..105.4733B . дои : 10.1073/pnas.0710650105 . ПМК 2290820 . ПМИД 18326627 .
^ Лемп Н.А., Хираока К., Касахара Н., Логг Ч.Р. (август 2012 г.). «Загадочные транскрипты повсеместно встречающейся плазмидной точки начала репликации затрудняют тесты на цис-регуляторную функцию» . Нуклеиновые кислоты Рез . 40 (15): 7280–7290. дои : 10.1093/nar/gks451 . ПМЦ 3424574 . ПМИД 22618870 .
^ Шаймарданова А.А.; Чулпанова, ДС (2019). «Производство и применение мультицистронных конструкций для лечения различных заболеваний человека» . Фармацевтика . 11 (11): 580–590. doi : 10.3390/pharmaceutics11110580 . ПМК 6920891 . ПМИД 31698727 .
^ Мичник, Донна; Уэсли, Луиза К.; Дэвис, Моник В.; Кауфман, Рэндал Дж. (25 августа 1991 г.). «Улучшенные векторы для стабильной экспрессии чужеродных генов в клетках млекопитающих с использованием нетранслируемой лидерной последовательности вируса EMC» . Исследования нуклеиновых кислот . 19 (16): 4485–4490. дои : 10.1093/нар/19.16.4485 . ISSN 0305-1048 . ПМК 328638 . ПМИД 1653417 .
^ Ся, Цинъю; Пин Чжао; Ван, Риюань; Ван, Фэн; Ван, Юаньчэн (5 ноября 2015 г.). «2. Мультигенная система экспрессии на основе саморасщепляющихся пептидов у тутового шелкопряда Bombyx mori» . Научные отчеты . 5 : 16273. Бибкод : 2015NatSR...516273W . дои : 10.1038/srep16273 . ПМЦ 4633692 . ПМИД 26537835 .
^ Фашиани, Ирен; Петраньяно, Франческо; Ван, Цзымин; Эдвардс, Руайрид; телугу, Нарасимха; Пьетрантони, Илария; Забель, Ульрике; Заубер, Хенрик; Грибен, Марлис; Терзениду, Мария Э.; Ди Грегорио, Якопо; Пеллегрини, Кристина; Сантини, Сильвано; Таддеи, Анна Р.; Пол, Бербель; Арингьери, Стефано; Карли, Марко; Алоизи, Габриэлла; Марампон, Франческо; Чарльзуорт, Ева; Роман, Александра; Дике, Себастьян; Флати, Винченцо; Джорджи, Франко; Амикарелли, Фернанда; Тобин, Эндрю Б.; Скарселли, Марко; Токатлидис, Костас; Росси, Марио; Лозе, Мартин Дж.; Ганнибал, Паоло; Мэй, Роберто (29 апреля 2024 г.). «С-конец прототипного мускаринового рецептора М2 локализуется в митохондриях и регулирует клеточное дыхание в условиях стресса» . ПЛОС Биология . 22 (4): e3002582. дои : 10.1371/journal.pbio.3002582 . ПМК 11093360 . ПМИД 38683874 .

Внешние ссылки

ISite
Малис Н., Маккарти Дж. Э. (март 2011 г.). «Инициация перевода: можно предвидеть изменения в механизме» . Клеточные и молекулярные науки о жизни . 68 (6): 991–1003. дои : 10.1007/s00018-010-0588-z . ПМЦ 11115079 . ПМИД 21076851 . S2CID 31720000 .

[Pelletier-1] Пеллетье Дж., Зоненберг Н. (июль 1988 г.). «Внутренняя инициация трансляции эукариотической мРНК, управляемая последовательностью, полученной из РНК полиовируса». Природа . 334 (6180): 320–325. Бибкод : 1988Natur.334..320P . дои : 10.1038/334320a0 . ПМИД 2839775 . S2CID 4327857 .

[Jang-2] Янг С.К., Кроусслих Х.Г., Никлин М.Дж., Дюк Г.М., Палменберг А.С., Виммер Э. (август 1988 г.). «Сегмент 5'-нетранслируемой области РНК вируса энцефаломиокардита направляет внутреннее проникновение рибосом во время трансляции in vitro» . Журнал вирусологии . 62 (8): 2636–2643. дои : 10.1128/jvi.62.8.2636-2643.1988 . ПМК 253694 . ПМИД 2839690 .

[3] Рено-Габардос, Э; Хантелис, Ф; Морфуасс, Ф; Шофур, X; Гарми-Сузини, Б; Пратс, AC (20 февраля 2015 г.). «Векторы на основе внутреннего сайта входа рибосомы для комбинированной генной терапии» . Всемирный журнал экспериментальной медицины . 5 (1): 11–20. дои : 10.5493/wjem.v5.i1.11 . ПМЦ 4308528 . ПМИД 25699230 .

[New_ways_of_initiating_translation-4] Перейти обратно: ^а ^б Козак М. (март 2001 г.). «Новые способы инициации трансляции у эукариот?» . Мол Клеточная Биол . 21 (6): 1899–1907. дои : 10.1128/MCB.21.6.1899-1907.2001 . ПМК 86772 . ПМИД 11238926 .

[A_second_look_at_cellular_mRNA_sequ-5] Перейти обратно: ^а ^б Козак М (2005). «Второй взгляд на последовательности клеточной мРНК, которые, как говорят, функционируют как внутренние сайты входа в рибосомы» . Исследования нуклеиновых кислот . 33 (20): 6593–6602. дои : 10.1093/nar/gki958 . ПМЦ 1298923 . ПМИД 16314320 .

[pmid16381829-6] Мокрейс М, Вопаленский В, Коленаты О, Масек Т, Фекетова З, Секирова П, Скалудова Б, Криз В, Посписек М (январь 2006 г.). «IRESite: база данных экспериментально проверенных структур IRES (www.iresite.org)» . Исследования нуклеиновых кислот . 34 (Проблема с базой данных): D125–30. дои : 10.1093/nar/gkj081 . ПМЦ 1347444 . ПМИД 16381829 .

[7] Альбертс Б., Джонсон А., Льюис Дж., Рафф М., Робертс К., Уолтер П. (2002). Молекулярная биология клетки . Гирляндная наука. стр. 447–448 . ISBN 978-0-8153-4072-0 .

[8] Лопес-Ластра М., Ривас А., Барриа М.И. (2005). «Синтез белка у эукариот: растущая биологическая значимость инициации трансляции, независимой от кэпа». Биологические исследования . 38 (2–3): 121–146. CiteSeerX 10.1.1.463.2059 . дои : 10.4067/s0716-97602005000200003 . ПМИД 16238092 .

[Hellen-9] Перейти обратно: ^а ^б ^с Хеллен CU, Сарнов П. (июль 2001 г.). «Внутренние сайты входа рибосомы в молекулах мРНК эукариот» . Гены и развитие . 15 (13): 1593–1612. дои : 10.1101/gad.891101 . ПМИД 11445534 .

[10] Бараник Б.Т., Лемп Н.А., Нагашима Дж., Хираока К., Касахара Н., Логг Ч.Р. (март 2008 г.). «Сплайсинг опосредует активность четырех предполагаемых мест входа внутренних клеточных рибосом» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 105 (12): 4733–4738. Бибкод : 2008PNAS..105.4733B . дои : 10.1073/pnas.0710650105 . ПМК 2290820 . ПМИД 18326627 .

[11] Лемп Н.А., Хираока К., Касахара Н., Логг Ч.Р. (август 2012 г.). «Загадочные транскрипты повсеместно встречающейся плазмидной точки начала репликации затрудняют тесты на цис-регуляторную функцию» . Нуклеиновые кислоты Рез . 40 (15): 7280–7290. дои : 10.1093/nar/gks451 . ПМЦ 3424574 . ПМИД 22618870 .

[Shaimardanova-12] Шаймарданова А.А.; Чулпанова, ДС (2019). «Производство и применение мультицистронных конструкций для лечения различных заболеваний человека» . Фармацевтика . 11 (11): 580–590. doi : 10.3390/pharmaceutics11110580 . ПМК 6920891 . ПМИД 31698727 .

[13] Мичник, Донна; Уэсли, Луиза К.; Дэвис, Моник В.; Кауфман, Рэндал Дж. (25 августа 1991 г.). «Улучшенные векторы для стабильной экспрессии чужеродных генов в клетках млекопитающих с использованием нетранслируемой лидерной последовательности вируса EMC» . Исследования нуклеиновых кислот . 19 (16): 4485–4490. дои : 10.1093/нар/19.16.4485 . ISSN 0305-1048 . ПМК 328638 . ПМИД 1653417 .

[14] Ся, Цинъю; Пин Чжао; Ван, Риюань; Ван, Фэн; Ван, Юаньчэн (5 ноября 2015 г.). «2. Мультигенная система экспрессии на основе саморасщепляющихся пептидов у тутового шелкопряда Bombyx mori» . Научные отчеты . 5 : 16273. Бибкод : 2015NatSR...516273W . дои : 10.1038/srep16273 . ПМЦ 4633692 . ПМИД 26537835 .

[15] Фашиани, Ирен; Петраньяно, Франческо; Ван, Цзымин; Эдвардс, Руайрид; телугу, Нарасимха; Пьетрантони, Илария; Забель, Ульрике; Заубер, Хенрик; Грибен, Марлис; Терзениду, Мария Э.; Ди Грегорио, Якопо; Пеллегрини, Кристина; Сантини, Сильвано; Таддеи, Анна Р.; Пол, Бербель; Арингьери, Стефано; Карли, Марко; Алоизи, Габриэлла; Марампон, Франческо; Чарльзуорт, Ева; Роман, Александра; Дике, Себастьян; Флати, Винченцо; Джорджи, Франко; Амикарелли, Фернанда; Тобин, Эндрю Б.; Скарселли, Марко; Токатлидис, Костас; Росси, Марио; Лозе, Мартин Дж.; Ганнибал, Паоло; Мэй, Роберто (29 апреля 2024 г.). «С-конец прототипного мускаринового рецептора М2 локализуется в митохондриях и регулирует клеточное дыхание в условиях стресса» . ПЛОС Биология . 22 (4): e3002582. дои : 10.1371/journal.pbio.3002582 . ПМК 11093360 . ПМИД 38683874 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]