Сайт связывания рибосом

Сайт связывания рибосомы , или сайт связывания рибосомы ( RBS ), представляет собой последовательность нуклеотидов выше стартового кодона транскрипта мРНК , который отвечает за рекрутирование рибосомы во время инициации трансляции . В основном RBS относится к бактериальным последовательностям, хотя внутренние сайты входа в рибосомы (IRES) были описаны в мРНК эукариотических клеток или вирусов, заражающих эукариот . Рекрутирование рибосом у эукариот обычно опосредовано 5'-кэпом, присутствующим на мРНК эукариот.

Прокариоты

RBS у прокариот представляет собой область выше стартового кодона. Эта область мРНК имеет консенсусную 5'-AGGAGG-3', также называемую последовательностью Шайна-Дальгарно (SD). ^{[ 1 ]} Комплементарная последовательность (CCUCCU), называемая анти-Шайн-Дальгарно (ASD), содержится на 3'-конце 16S-области меньшей (30S) субъединицы рибосомы. ASD оснований рибосомы При встрече с последовательностью Шайна-Дальгарно с ней спаривается , после чего инициируется трансляция. ^{[ 2 ]}^{[ 3 ]}

Вариации последовательности 5'-AGGAGG-3' были обнаружены у архей в виде высококонсервативных участков 5'-GGTG-3', расположенных на 5 пар оснований выше стартового сайта. Кроме того, в некоторых регионах инициации бактерий, таких как rpsA в E.coli, полностью отсутствуют идентифицируемые SD-последовательности. ^{[ 4 ]}

Влияние на скорость инициации трансляции

Прокариотические рибосомы начинают трансляцию транскрипта мРНК, пока транскрибируется ДНК. Таким образом, трансляция и транскрипция — параллельные процессы. Бактериальные мРНК обычно полицистронны и содержат множество сайтов связывания рибосом. Инициация трансляции — наиболее строго регулируемый этап синтеза белка у прокариот. ^{[ 5 ]}

Скорость перевода зависит от двух факторов:

скорость, с которой рибосома рекрутируется в RBS
скорость, с которой рекрутированная рибосома способна инициировать трансляцию (т. е. эффективность инициации трансляции)

Последовательность RBS влияет на оба этих фактора.

Факторы, влияющие на скорость рекрутирования рибосом

Рибосомальный белок S1 связывается с последовательностями аденина, расположенными выше RBS. Увеличение концентрации аденина перед RBS увеличит скорость рекрутирования рибосом. ^{[ 5 ]}

Факторы, влияющие на эффективность инициации трансляции

Уровень комплементарности последовательности SD мРНК рибосомальному ASD существенно влияет на эффективность инициации трансляции. Более богатая взаимодополняемость приводит к более высокой эффективности инициации. ^{[ 6 ]} Стоит отметить, что это справедливо только до определенного момента: известно, что слишком богатая комплементарность парадоксальным образом снижает скорость трансляции, поскольку тогда рибосома оказывается слишком прочно связанной, чтобы двигаться дальше по течению. ^{[ 6 ]}

Оптимальное расстояние между RBS и стартовым кодоном является переменным - оно зависит от части последовательности SD, кодируемой в реальном RBS, и ее расстояния до стартового сайта консенсусной последовательности SD. Оптимальное расстояние увеличивает скорость инициации трансляции после связывания рибосомы. ^{[ 6 ]} В одном исследовании также было обнаружено, что состав нуклеотидов в самой спейсерной области влияет на скорость инициации трансляции. ^{[ 7 ]}

Белки теплового шока

Вторичные структуры, образованные RBS, могут влиять на эффективность трансляции мРНК, обычно ингибируя трансляцию. Эти вторичные структуры образуются за счет Н-связывания пар оснований мРНК и чувствительны к температуре. При более высокой, чем обычно, температуре (~ 42 ° C) вторичная структура RBS белков теплового шока разрушается, что позволяет рибосомам связываться и инициировать трансляцию. Этот механизм позволяет клетке быстро реагировать на повышение температуры. ^{[ 5 ]}

Эукариоты

5-футовая крышка

Рекрутирование рибосом у эукариот происходит, когда факторы инициации эукариот elF4F и поли(А)-связывающий белок (PABP) распознают 5'-кэпированную мРНК и рекрутируют 43S рибосомный комплекс в этом месте. ^{[ 8 ]}

Инициация трансляции происходит после рекрутирования рибосомы в стартовом кодоне (подчеркнутом), обнаруженном в консенсусной последовательности Козака ACC AUG G. Поскольку сама последовательность Козака не участвует в рекрутировании рибосомы, она не считается сайтом связывания рибосомы. ^{[ 2 ]}^{[ 8 ]}

Внутренний сайт входа в рибосому (IRES)

Известно, что эукариотические рибосомы связываются с транскриптами по механизму, отличному от механизма, включающего 5'-кэп, в последовательности, называемой внутренним сайтом входа в рибосому . Этот процесс не зависит от полного набора факторов инициации трансляции (хотя это зависит от конкретного IRES) и обычно встречается при трансляции вирусной мРНК. ^{[ 9 ]}

Генная аннотация

Идентификация RBS используется для определения места инициации трансляции в неаннотированной последовательности. Это называется N-концевым предсказанием. Это особенно полезно, когда несколько стартовых кодонов расположены вокруг потенциального стартового сайта последовательности, кодирующей белок. ^{[ 10 ]}^{[ 11 ]}

Идентификация RBS особенно сложна, поскольку они имеют тенденцию к сильному вырождению. ^{[ 12 ]} Одним из подходов к выявлению RBS в E.coli является использование нейронных сетей . ^{[ 13 ]} Другой подход – использование метода выборки Гиббса . ^{[ 10 ]}

История

Последовательность Шайна-Далгарно прокариотического RBS была открыта Джоном Шайном и Линн Далгарно в 1975 году. ^{[ 1 ]}^{[ 14 ]} Консенсусная последовательность Козака была впервые идентифицирована Мэрилин Козак в 1984 году. ^{[ 15 ]} в то время как она работала на факультете биологических наук в Питтсбургском университете . ^{[ 16 ]}

См. также

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б Шайн, Дж .; Далгарно, Л. (6 марта 1975 г.). «Определитель цистронной специфичности бактериальных рибосом». Природа . 254 (5495): 34–38. Бибкод : 1975Natur.254...34S . дои : 10.1038/254034a0 . ПМИД 803646 . S2CID 4162567 .
^ Перейти обратно: ^а ^б «Требования к последовательности сайта связывания рибосом» . www.thermofisher.com . Проверено 16 октября 2015 г.
^ «Справка: Сайт связывания рибосом — parts.igem.org» . www.parts.igem.org . Проверено 16 октября 2015 г.
^ Омотахо, Дамилола; Тейт, Трэвис; Чо, Хёк; Чоудхари, Мадхусудан (14 августа 2015 г.). «Распределение и разнообразие мест связывания рибосом в геномах прокариот» . БМК Геномика . 16 (1): 604. doi : 10.1186/s12864-015-1808-6 . ISSN 1471-2164 . ПМЦ 4535381 . ПМИД 26268350 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Лаурсен, Брайан Согаард; Соренсен, Ханс Петер; Мортенсен, Ким Куск; Сперлинг-Петерсен, Ханс Уффе (1 марта 2005 г.). «Инициация синтеза белка у бактерий» . Обзоры микробиологии и молекулярной биологии . 69 (1): 101–123. дои : 10.1128/MMBR.69.1.101-123.2005 . ISSN 1092-2172 . ПМЦ 1082788 . ПМИД 15755955 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Де Бур, Герман А.; Хуэй, Анна С. (1 января 1990 г.). «[9] Последовательности в сайте связывания рибосомы, влияющие на трансляцию информационной РНК, и метод направления рибосом к отдельным видам информационной РНК». В энзимологии, БТ - Методы в (ред.). Технология экспрессии генов . Том. 185. Академик Пресс. стр. 103–114. дои : 10.1016/0076-6879(90)85011-C . ISBN 9780121820862 . ПМИД 2199771 .
^ Стормо, Гэри Д.; Шнайдер, Томас Д.; Голд, Ларри М. (11 мая 1982 г.). «Характеристика сайтов инициации трансляции в E. coli» . Исследования нуклеиновых кислот . 10 (9): 2971–2996. дои : 10.1093/нар/10.9.2971 . ISSN 0305-1048 . ПМК 320669 . ПМИД 7048258 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Хеллен, Кристофер ЮТ; Сарнов, Питер (1 июля 2001 г.). «Внутренние сайты входа рибосомы в молекулах мРНК эукариот» . Гены и развитие . 15 (13): 1593–1612. дои : 10.1101/gad.891101 . ISSN 0890-9369 . ПМИД 11445534 .
^ Писарев Андрей Владимирович; Широких Николай Евгеньевич; Хеллен, Кристофер ЮТ (2005). «Инициация трансляции путем фактор-независимого связывания эукариотических рибосом с внутренними сайтами входа рибосом» . Comptes Rendus Biologies . 328 (7): 589–605. дои : 10.1016/j.crvi.2005.02.004 . ПМИД 15992743 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Хейс, Уильям С.; Бородовский, Марк (1998). «Получение статистических моделей сайта связывания рибосом (RBS) из неаннотированных последовательностей ДНК и использование модели RBS для N-концевого предсказания» (PDF) . Тихоокеанский симпозиум по биокомпьютингу . 3 : 279–290.
^ Ногучи, Хидеки; Танигучи, Такеаки; Ито, Такэхико (1 декабря 2008 г.). «MetaGeneAnnotator: обнаружение видоспецифичных особенностей сайта связывания рибосом для точного прогнозирования генов в анонимных геномах прокариот и фагов» . Исследование ДНК . 15 (6): 387–396. дои : 10.1093/dnares/dsn027 . ISSN 1340-2838 . ПМК 2608843 . ПМИД 18940874 .
^ ОЛИВЕЙРА, Марсиу Феррейра да Силва; МЕНДЕС, Даниэле Кинтелла; ФЕРРАРИ, Лусиана Итида; Васконселос, Ана Тереза Рибейро (2004). «Распознавание мест связывания рибосом с помощью нейронных сетей» . Генетика и молекулярная биология . 27 (4): 644–650. дои : 10.1590/S1415-47572004000400028 . ISSN 1415-4757 .
^ Стормо, Гэри Д. (1 января 2000 г.). «Сайты связывания ДНК: представление и открытие». Биоинформатика . 16 (1): 16–23. дои : 10.1093/биоинформатика/16.1.16 . ISSN 1367-4803 . ПМИД 10812473 .
^ «Профессор Джон Шайн — Институт медицинских исследований Гарвана» . www.garvan.org.au . Проверено 10 ноября 2015 г.
^ Козак, Мэрилин (25 января 1984 г.). «Компиляция и анализ последовательностей выше места начала трансляции в эукариотических мРНК» . Исследования нуклеиновых кислот . 12 (2): 857–872. дои : 10.1093/нар/12.2.857 . ISSN 0305-1048 . ПМК 318541 . ПМИД 6694911 .
^ «Исследование: 10 лучших женщин-ученых 80-х: изменить ситуацию | Журнал Scientist Magazine®» . Ученый . Проверено 10 ноября 2015 г.

[:6-1] Перейти обратно: ^а ^б Шайн, Дж .; Далгарно, Л. (6 марта 1975 г.). «Определитель цистронной специфичности бактериальных рибосом». Природа . 254 (5495): 34–38. Бибкод : 1975Natur.254...34S . дои : 10.1038/254034a0 . ПМИД 803646 . S2CID 4162567 .

[:0-2] Перейти обратно: ^а ^б «Требования к последовательности сайта связывания рибосом» . www.thermofisher.com . Проверено 16 октября 2015 г.

[:1-3] «Справка: Сайт связывания рибосом — parts.igem.org» . www.parts.igem.org . Проверено 16 октября 2015 г.

[:16-4] Омотахо, Дамилола; Тейт, Трэвис; Чо, Хёк; Чоудхари, Мадхусудан (14 августа 2015 г.). «Распределение и разнообразие мест связывания рибосом в геномах прокариот» . БМК Геномика . 16 (1): 604. doi : 10.1186/s12864-015-1808-6 . ISSN 1471-2164 . ПМЦ 4535381 . ПМИД 26268350 .

[:2-5] Перейти обратно: ^а ^б ^с Лаурсен, Брайан Согаард; Соренсен, Ханс Петер; Мортенсен, Ким Куск; Сперлинг-Петерсен, Ханс Уффе (1 марта 2005 г.). «Инициация синтеза белка у бактерий» . Обзоры микробиологии и молекулярной биологии . 69 (1): 101–123. дои : 10.1128/MMBR.69.1.101-123.2005 . ISSN 1092-2172 . ПМЦ 1082788 . ПМИД 15755955 .

[:3-6] Перейти обратно: ^а ^б ^с Де Бур, Герман А.; Хуэй, Анна С. (1 января 1990 г.). «[9] Последовательности в сайте связывания рибосомы, влияющие на трансляцию информационной РНК, и метод направления рибосом к отдельным видам информационной РНК». В энзимологии, БТ - Методы в (ред.). Технология экспрессии генов . Том. 185. Академик Пресс. стр. 103–114. дои : 10.1016/0076-6879(90)85011-C . ISBN 9780121820862 . ПМИД 2199771 .

[7] Стормо, Гэри Д.; Шнайдер, Томас Д.; Голд, Ларри М. (11 мая 1982 г.). «Характеристика сайтов инициации трансляции в E. coli» . Исследования нуклеиновых кислот . 10 (9): 2971–2996. дои : 10.1093/нар/10.9.2971 . ISSN 0305-1048 . ПМК 320669 . ПМИД 7048258 .

[:8-8] Перейти обратно: ^а ^б Хеллен, Кристофер ЮТ; Сарнов, Питер (1 июля 2001 г.). «Внутренние сайты входа рибосомы в молекулах мРНК эукариот» . Гены и развитие . 15 (13): 1593–1612. дои : 10.1101/gad.891101 . ISSN 0890-9369 . ПМИД 11445534 .

[9] Писарев Андрей Владимирович; Широких Николай Евгеньевич; Хеллен, Кристофер ЮТ (2005). «Инициация трансляции путем фактор-независимого связывания эукариотических рибосом с внутренними сайтами входа рибосом» . Comptes Rendus Biologies . 328 (7): 589–605. дои : 10.1016/j.crvi.2005.02.004 . ПМИД 15992743 .

[:7-10] Перейти обратно: ^а ^б Хейс, Уильям С.; Бородовский, Марк (1998). «Получение статистических моделей сайта связывания рибосом (RBS) из неаннотированных последовательностей ДНК и использование модели RBS для N-концевого предсказания» (PDF) . Тихоокеанский симпозиум по биокомпьютингу . 3 : 279–290.

[11] Ногучи, Хидеки; Танигучи, Такеаки; Ито, Такэхико (1 декабря 2008 г.). «MetaGeneAnnotator: обнаружение видоспецифичных особенностей сайта связывания рибосом для точного прогнозирования генов в анонимных геномах прокариот и фагов» . Исследование ДНК . 15 (6): 387–396. дои : 10.1093/dnares/dsn027 . ISSN 1340-2838 . ПМК 2608843 . ПМИД 18940874 .

[:4-12] ОЛИВЕЙРА, Марсиу Феррейра да Силва; МЕНДЕС, Даниэле Кинтелла; ФЕРРАРИ, Лусиана Итида; Васконселос, Ана Тереза Рибейро (2004). «Распознавание мест связывания рибосом с помощью нейронных сетей» . Генетика и молекулярная биология . 27 (4): 644–650. дои : 10.1590/S1415-47572004000400028 . ISSN 1415-4757 .

[:5-13] Стормо, Гэри Д. (1 января 2000 г.). «Сайты связывания ДНК: представление и открытие». Биоинформатика . 16 (1): 16–23. дои : 10.1093/биоинформатика/16.1.16 . ISSN 1367-4803 . ПМИД 10812473 .

[14] «Профессор Джон Шайн — Институт медицинских исследований Гарвана» . www.garvan.org.au . Проверено 10 ноября 2015 г.

[15] Козак, Мэрилин (25 января 1984 г.). «Компиляция и анализ последовательностей выше места начала трансляции в эукариотических мРНК» . Исследования нуклеиновых кислот . 12 (2): 857–872. дои : 10.1093/нар/12.2.857 . ISSN 0305-1048 . ПМК 318541 . ПМИД 6694911 .

[16] «Исследование: 10 лучших женщин-ученых 80-х: изменить ситуацию | Журнал Scientist Magazine®» . Ученый . Проверено 10 ноября 2015 г.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]