原核細胞的翻譯起始過程大概可以分為以下幾個過程:
(1)翻譯起始因子IF3結合到小亞基的E位點,同時也橫跨至P位點;(這一過程在起始之初就已經完成)起始因子IF1結合至A位點;
(2)起始因子IF2·GTP被IF3和IF1招募至P位點;
(3)起始fMet·tRNA一方面被mRNA起始密碼子AUG招募,另一方面被已經結合到P位點的IF2·GTP招募,進一步結合到P位點,這一過程伴隨著核糖體小亞基通過mRNA上的核糖體結合位點序列(RBS)識別結合到mRNA上;
(4)當tRNA和mRNA配對后,起始因子IF3穩定性降低;
(5)IF2·GTP進一步招募大亞基;
(6)大亞基的結合催化IF2上GTP的水解,形成對P位點親和力較低的IF2·GDP,后者隨后從核糖體上脫離;
(7)由于IF2的脫離,大小亞基結合進一步緊密,置換出IF3和IF1,形成了起始狀態的核糖體復合物。
注:實驗分析表明,當IF3和IF1不存在時,起始tRNA傾向于在IF2之前結合至P位點,提示起始tRNA可以直接被起始密碼子招募;當IF3和IF1存在時,起始tRNA傾向于在IF2之后結合P位點,提示IF2可以被IF3和IF1有力招募,而tRNA也可以進一步被IF2招募。
真核細胞會涉及到更多的起始因子包括:eIF1,1A,3,5,4(EGAB),2,5B,1A。其中它們和原核細胞起始因子按照功能可以大體劃分配對如下:
真核細胞 | 原核細胞 |
eIF1,eIF3,eIF5 | IF3 |
eIF2 | IF2 |
eIF5B | |
eIF4E,eIF4G,eIF4A,eIF4B | — |
eIF1A | IF1 |
以核糖體為核心,真核細胞翻譯起始過程也可概括成如下步驟:
A. 核糖體的前期準備
(1)eIF1,3,5圍繞E位點結合至小亞基,eIF1A圍繞A位點結合至小亞基;
(2)eIF2·GTP在胞質中結合Met-tRNA形成三原復合物;
(3)三原復合物進一步結合到小亞基復合物(小亞基以及eIF1,1A,3,5)中小亞基P位點上形成43S復合物;
B. mRNA的準備
(1)eIF4E識別mRNA的5‘端帽子;
(2)eIF4G作為支架蛋白結合至eIF4E并連接eIF4A,eIF4A結合至mRNA上;
(3)eIF4B和eIF4A互作,激活eIF4A的活性;
(4)eIF4A利用其解旋酶活性解旋mRNA,去除其二級、三級結構;
C. mRNA的裝載
(1)43S復合物通過eIF3和eIF4E互作,eIF1A和eIF4A互作將mRNA進行招募形成48S復合物;
(2)eIF4A利用其解旋酶活性,充當轉位酶作用,移動mRNA進行掃描;
(3)遇到第一個起始密碼子AUG后,密碼子和tRNA配對,阻礙了eIF4A的轉位,掃描停止;
(4)二者的配對,刺激eIF2的GTP水解,eIF2·GDP和小亞基親和力較低,從小亞基復合物上脫離下來,伴隨著其他除eIF4A以外的起始因子全部脫離;
(5)eIF5B·GTP被起始tRNA和eIF1A招募;
D. 大亞基的裝載
(1)eIF5·GTP招募大亞基;
(2)大亞基的結合刺激eIF5上的GTP水解,eIF5·GDP親和力較低,從核糖體上脫離下來;
(3)大亞基獲得更高親和力,進一步將eIF1A置換出來,進入起始狀態。
注:并非所有真核細胞內的翻譯均需要eIF4E對5’端帽子的識別,有下列三種特殊情況利用內部核糖體插入位點(IREs)進行RNA的裝配:
Group 1 | 利用特殊結構直接招募核糖體大小亞基,不需要任何起始因子和起始tRNA。 例:一些病毒如CrPV入侵真核細胞后,通過抑制起始因子進一步抑制真核細胞內部的蛋白表達,但其自身特殊的mRNA結構可以直接招募大小亞基來繞過起始因子和起始tRNA階段,直接進入翻譯的中間延伸狀態,獲得核糖體翻譯的絕對選擇性。 |
Group 2 | IREs招募小亞基,但依然需要部分eIF和起始tRNA。 例:部分IREs直接結合eIF4G進一步招募eIF4A。 |
Group 3 | 需要IREs特殊的結合蛋白,同時也需要大部分eIF和起始tRNA。 例:細胞凋亡。細胞在凋亡時,希望減少其他蛋白的表達(通過抑制eIF4E),而大量表達凋亡相關蛋白。如死亡相關蛋白5(DAP5)利用其IREs序列招募相關因子(ITAF),后者充當eIF4G的eIF4A結合區域的作用,繞過eIF4E,直接結合eIF4A進行后續裝載。通過這樣的機制可以巧妙的降低其他蛋白(需要eIF4E)的表達,但是提高凋亡相關蛋白的表達。 |