Диссертация (1145766), страница 7
Текст из файла (страница 7)
А умлекопитающих работа системы NMD зависит от сплайсинга и комплексабелков, взаимодействующих с точками соединения экзонов EJC (Exon JunctionComplex) (см. Kervestin and Jacobson, 2012). Имеются данные, что NMD нетолько осуществляет контроль стабильности мРНК, но и играет роль врегуляции клеточного цикла и поддержании теломер (см. Kervestin andJacobson, 2012). Таким образом, система NMD работает в тесной связи сразличными факторами и вносит значительный вклад в регуляцию трансляции вцелом.34Рисунок 3.
Механизм деградации мРНК, содержащих преждевременные стопкодоны (по Kervestin and Jacobson, 2012 с изменениями). Связывание белков Upfс рибосомой в случае преждевременной терминации может происходитьвследствие различных причин: А – нарушение взаимодействий между PABPC1или другими факторами, ассоциированными с 3'-UTR, Б – контекстрибонуклеопротеина (mRNP, messenger ribonucleoprotein) не подходит для35терминации трансляции, вследствие чего ключевые белки не способнысвязываться с рибонуклеопротеином и не способны удалиться, В –неэффективная терминация трансляции приводит к нетипичной конформациирибосомы. Во всех случаях нарушенное состояние приводит к взаимодействиюUPF-белков с факторами терминации и рибосомой и активации путидеградации мРНК.Считается, что NMD контролирует деградацию до 10% транскриптов, чтовключает в себя не только аберрантные мРНК, но и часть нормальных мРНК.Однако, дестабилизация мРНК, содержащей нонсенс-мутацию, зависит отспособности аппарата трансляции распознавать стоп-кодон и определять, чтоэтот стоп-кодон — преждевременный.
Механизм того, каким образомпроисходит различение двух стоп-кодонов до сих пор остается неясным, однакоизвестно,чтоэффективностьтерминациинанормальномстоп-кодонезначительно выше, чем на преждевременном, и при этом не происходитприостановки рибосомы (см. Kervestin and Jacobson, 2012).Ряд фактов указывает на то, что между работой системы NMD и уровнемнонсенс-супрессии существует взаимосвязь. С одной стороны, делеция илиснижениеэкспрессиифункциональнуюгенаUPF1,активностьUpf1p,атакжеприводятмутации,кснижающиестабилизациимРНК,содержащих преждевременные стоп-кодоны, и, следовательно, к повышениюуровня нонсенс-супрессии (Maderazo et al., 2000), однако, никак не влияют нанормальные транскрипты (см.
Kervestin and Jacobson, 2012). С другой стороны,Upf1p также может влиять на считывание стоп-кодонов за счёт регуляцииГТФазной активности eRF3, с которым он взаимодействует in vivo (Wang et al.,2001).Однако выявлено, что нарушения в системе NMD могут также приводитьк повышению эффективности терминации трансляции. Такой необычный фактбыл выявлен в эксперименте на клеточных линиях человека, в котором генUPF1 был выключен результате интерференции РНК (Ivanov et al., 2008).36Вскоре такой феномен был исследован на дрожжах при скрининге мутантов погену UPF1, которые проявляли снижение нонсенс-супрессорного эффекта. Входе этого эксперимента были выявлены мутации в гене, кодирующем важныйтранспортер ионов магния Alr1 (Johansson and Jacobson, 2010). Известно, чтовысокий уровень ионов Mg2+ снижает эффективность терминации трансляции(Szer and Ochoa 1964; Capecchi, 1967; Schlanger and Friedman 1973).
Снижениевнутриклеточного количества Alr1 в результате мутаций или делеции приводилокснижениюуровняионовмагния,вследствиечегонаблюдалсяантисупрессорный эффект. При этом в штамме, несущем нормальную аллельALR1, при нарушениях в системе NMD наблюдалось увеличение мРНК ALR1более, чем в два раза (см. Johansson and Jacobson, 2010). Эти данные такжеспособны объяснить причину, по которой нарушения в работе системыдеградациинонсенс-содержащихтранскриптовприводяткнонсенс-супрессорному эффекту.
Таким образом NMD у дрожжей, по крайней меречастично, контролирует эффективность терминации трансляции вследствиеподдержания баланса ионов магния.Исследование системы NMD показывает, что процесс терминациитрансляции еще слабо изучен у эукариот. Некоторое время назад считалось, чтотерминация трансляции зависит только от наличия стоп-кодона и факторовeRF1 и eRF3. Однако сейчас список белков, принимающих участие в этомпроцессе, растет, также расширяются представления о том, что сама структурамолекулы мРНК важна для правильной терминации трансляции.1.5.6.
Другие факторы, влияющие на эффективность считывания стопкодоновСписок факторов, влияющих на точность трансляции, постоянноувеличивается в связи с интенсивным исследованием процесса белковогосинтеза. Такие факторы могут непосредственно не участвовать в самом37процессетрансляции,однакомогутвзаимодействоватьсразличнымикомпонентами аппарата белкового синтеза. Большую роль в этом играют белкицитоскелета,шапероны,киназы,фосфатазыибелки,выполняющиеспецифические функции.Так, белок Pab1, участвующий в полиаденилировании 3'-конца мРНК,взаимодействует с различными белками, такими как факторы инициации итерминации трансляции eIF4G и eRF3 соответственно, геликазой Upf1 идругими (Richardson et al., 2012).
Взаимодействие Pab1p с факторомтерминации трансляции eRF3 является важным условием для эффективнойтерминации трансляции и рециклирования рибосом (Uchida et al., 2002), атакже влияет на время жизни мРНК (Hosoda et al., 2003; Amrani et al., 2004).Сверхэкспрессия PAB1 приводит к антисупрессии в штаммах с нарушеннымпроцессом терминации трансляции (Cosson et al., 2002). Делеция гена PAB1летальна, однако инактивация тоннельного белка большой субъединицырибосомы Rpl39 компенсирует этот эффект, приводя к повышению уровняошибок при синтезе белка (см.
Rospert et al., 2005). Механизм такого влияния наточность трансляции неясен, однако есть предположение, что Rpl39p участвуетв сигнальном пути и аллостерически передает «информацию» междудекодирующей зоной малой субъединицы и тоннелем, по которому проходитполипептидная цепь (см. Rospert et al., 2005).При выходе полипептидных цепей из рибосомы с ними сразу связываютсяразличные белки, осуществляющие посттрансляционную модификацию идальнейшую укладку молекул. Одними из важных факторов в этих процессахявляются шапероны. Правильное функционирование этих белков такженеобходимо для эффективного считывания стоп-кодонов. Шапероны семействHsp70 (белки Ssb1/2 и Ssz1) и Hsp40 (белок Zuo1) принимают непосредственноеучастие в контроле эффективности терминации трансляции.
ИнактивацияSsb1/2 или гетеродимерного комплекса RAC (от Ribosome-Associated Complex),образованного белками Ssz1 и Zuo1, снижает точность трансляции in vitro и invivo.Предполагается,чтоSsb1/2иRACмогутбытьвовлеченыв38конформационные изменения рибосомы, которые влияют на терминациютрансляции (Rakwalska and Ropert, 2004). Другое объяснение их влияния насчитывание стоп-кодонов состоит в том, что Ssb1/2 взаимодействует с Sup35p итаким образом может влиять на его прионизацию, приводящую к образованиюцитоплазматического супрессорного детерминанта [PSI+] (см.
раздел 1.6.1.«Прионный детерминант [PSI+]») (Chernoff et al., 1999; Kushnirov et al., 2000;Chacinska et al., 2001).В обеспечении точности белкового синтеза также играют роль белкицитоскелета. Известны мутации в гене ACT1, кодирующем белок актин удрожжей, которые приводят к повышению эффективности нонсенс-супрессии ичувствительности к паромомицину (Kandl et al., 2002). Интересно отметить, чтосверхэкспрессия гена, кодирующего фактор элонгации трансляции eEF1A,повышает чувствительность к паромомицину у одних мутантов, но снижает удругих (Kandl et al., 2002). По всей видимости, такие результаты можнообъяснить тем, что актин-связывающие белки взаимодействуют с другимикомпонентами,вовлеченнымивметаболизммРНК.Так,белокSla1,участвующий в сборке актиновых филаментов, взаимодействует с Nтерминальным доменом белка Sup35 (Baillelul et al., 1999); белок Sla2, такженеобходимый для сборки актиновых филаментов, влияет на стабильность мРНК(Zuk et al., 1999).Существует также большое количество белков, которые влияют наэффективность нонсенс-супрессии, однако механизмы этих эффектов поканепонятны.
Так, при скрининге генов, сверхэкспрессия которых влияет науровень прочтения стоп-кодонов, выявлены гены SSO1 и STU2 (Namy et al.,2002). Белок Sso1 вовлечен в везикулярный транспорт между плазматическоймембраной и аппаратом Гольджи (Aalto et al., 1993). Stu2p являетсякомпонентом полярного тела веретена и контролирует динамику сборкимикротрубочек (Wang and Huffaker, 1997; Severin et al., 2001; Kitamura et al.,2010). Сверхпродукция этих белков приводит к повышению чувствительности кгенетицину (Namy et al., 2002).
В лаборатории М. Д. Тер-Аванесяна в еще39одном скрининге по идентификации мультикопийных нонсенс-супрессороввыявлен белок Itt1, принадлежащий к классу белков с цинковыми пальцамиTRIAD. Itt1p взаимодействует с факторами eRF1и eRF3 in vitro и вызываетувеличение эффективности считывания трех нонсенс-кодонов как значащих(Urakov et al., 2001). Кроме того, сверхэкспрессия ITT1 ингибирует функциюeRF3вэкспериментахсиспользованиемтемпературо-чувствительногомутантного фактора eRF3 (Kodama et al., 2007).Нонсенс-супрессорный эффект наблюдается также при сверхпродукциибелка Mtt1p — гомолога Upf1p, являющегося РНК-зависимой геликазой ивзаимодействующего с факторами терминации трансляции (Szaplinski et al.,2000).Безусловно, это далеко не полный список факторов, которые могут влиятьна точность трансляции.
Важно, что на эффективность терминации трансляциивлияют разные по своей природе и функциональности гены, что говорит о том,чторегуляциятакогосложногопроцессанаходитсяподконтролемзначительного числа факторов и поэтому нарушения в одних компонентах этойцепи могут приводить к изменению работы других.Особый интерес в последнее время вызывает также возможностьрегуляциитрансляциинаразличныхэтапахпосредствомфосфорилирования/дефосфорилирования компонентов аппарата трансляции.Многие важные факторы являются фосфобелками и находятся под контролемработы киназ и фосфатаз.Так, фактор терминации трансляции eRF1 является фосфобелком исодержит два сайта фосфорилирования протеинкиназой CK2 в С-терминальномдомене(Kallmeyeretal.,2006),хотяфункциональноезначениефосфорилирования этого фактора неизвестно.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
