Рибосомальний зсув рамки зчитуванняРибосомальний зсув рамки зчитування (англ. ribosomal frameshifting), також відомий як трансляційний зсув рамки зчитування (англ. translational frameshifting) або трансляційне перекодування (англ. translational recoding) — це біологічне явище, що виникає під час трансляції, й внаслідок якого продукується декілька унікальних білків з однієї мРНК[1]. Процес може бути запрограмований нуклеотидною послідовністю мРНК і іноді впливає на вторинну, тривимірну структуру мРНК[2]. Це явище описане здебільшого у вірусів (особливо у ретровірусів), ретротранспозонах, бактеріальних вставних елементах, а також у деяких клітинних генах[3]. Огляд процесуБілки транслюються шляхом зчитування кодонів (трьох послідовно розташованих нуклеотидних залишків) з ланцюга мРНК, з одного кінця мРНК до іншого (від 5'- до 3'-кінця). Кожен кодон транслюється в одну амінокислоту. Таким чином, зсув будь-якої кількості нуклеотидів, що не ділиться на 3, в рамці зчитування, призведе до того, що наступні кодони будуть читатися по-іншому[4]. Це фактично змінює рибосомальну рамку зчитування. Наприклад, наступне речення, коли читається з початку, має сенс для читача: |Старт|ТУТ АБО ТАМ БУВ ЛІС АБО САД ... |Старт|123 123 123 123 123 123 123 ... Проте, зсув рамки зчитування між літерами T і У першого слова, тобто читання речення з другої літери першого слова (фактично «зсув рамки +1», якщо розглядати позицію 0 як початкову позицію літери Т) призведе до такого: T|Старт|УТА БОТ АМБ УВЛ ІСА БОС АД... -|Старт|123 123 123 123 123 123 12... Тепер речення не має сенсу. У разі транслювання рибосомою, зсув рамки зчитування може призвести або до нонсенсу (появи передчасного стоп-кодону) після зсуву рамки зчитування, або до створення повністю нового білка після зсуву рамки зчитування. У тому разі, коли зсув рамки зчитування призводить до нонсенс-мутації, НОР-шляхом (нонсенс-опосередкований розпад мРНК) може бути зруйнований мРНК-транскрипт, тому зсув рамки зчитування слугував би методом регуляції рівня експресії асоційованого гена[5] . ФункціяУ вірусів це явище може бути запрограмоване відбуватися в певних ділянках і дозволяє вірусу кодувати кілька типів білків в одній і тій же мРНК. Яскравими прикладами слугують ВІЛ-1 (вірус імунодефіциту людини)[6], ВСР (вірус саркоми Рауса)[7] і вірус грипу (грип)[8], які всі покладаються на зсув рамки зчитування для створення правильного співвідношення білків 0-рамки (нормальна трансляція) та «транс-рамки» (кодуються послідовністю зі зсувом рамки зчитування). Його призначення у вірусів — це насамперед для вміщення більшої кількості генетичної інформації в меншій кількості генетичного матеріалу. У еукаріотів, схоже, він відіграє певну роль у регуляції рівнів експресії генів шляхом генерування передчасних стоп-кодонів та створення нефункціональних транскриптів[3][9]. Типи зсуву рамок зчитуванняНайпоширенішим типом зсув рамок зчитування є -1 зсув рамки зчитування або запрограмований -1 рибосомальний зсув рамки зчитування. Іншими, рідкіснішими типами зсувів рамок зчитування є +1 і -2 зсуви рамок зчитування[2]. −1 та +1, як вважається, контролюються різними механізмами, про які ідеться нижче. Обидва механізми керуються кінетично. Запрограмований -1 рибосомальний зсув рамки зчитування За -1 зсуву рамки зчитування, рибосома зісковзує на один нуклеотид назад і продовжує трансляцію в -1 рамці зчитування. Є, як правило, три елементи, що містять сигнал -1 зсуву рамки зчитування: слизька послідовність, спейсерна область та вторинна структура РНК. Слизька послідовність відповідає мотиву X_XXY_YYZ, де XXX є будь-якими трьома однаковими нуклеотидами (хоча трапляються деякі винятки), YYY це, як правило, УУУ або ААА, а Z — це А, Ц або У. Оскільки структура цього мотиву містить 2 прилеглих 3-нуклеотидні повтори, вважається, що -1 зсув рамки зчитування описується моделлю тандемного ковзання, за якого одночасно антикодон тРНК в рибосомальному Р-сайті переспаровується з XXY на XXX, а антикодон в А-сайті переспаровується з YYZ на YYY. Ці нові пари ідентичні парам 0-рамки зчитування, за винятком їхніх третіх позицій. Ця відмінність не має значного негативного впливу на зв'язування з антикодоном, тому що третій нуклеотид в кодоні, який перебуває в зміщеному (воблівському) положені, має слабшу специфічність зв'язування тРНК антикодону, ніж перший і другий нуклеотиди[2][10]. У цій моделі структура мотивів пояснюється тим, що антикодони в першому і другому положені повинні мати можливість ідеально спаровуватися як в 0, так і в -1 рамці зчитування. Таким чином, нуклеотиди 2 та 1 повинні бути ідентичними й нуклеотиди 3 та 2 також повинні бути ідентичними, що зумовлює необхідність у послідовності 3 однакових нуклеотидів для кожної тРНК, яка «ковзає»[11]. +1 рибосомальний зсув рамки зчитування«Слизька послідовність» сигналу +1 зсуву рамки зчитування не має однакового мотиву, і натомість, здається, здійснюється паузою рибосоми на послідовності, що кодує рідкісну амінокислоту[12]. Рибосоми не транслюють білки з постійною швидкістю, незалежно від послідовності. Деякі кодони транслюються довше, тому що немає достатньої кількості тРНК саме цього кодону в цитозолі[13]. Через це затримання, існують невеликі ділянки послідовностей кодонів, які контролюють швидкість рибосомального зсуву рамки зчитування. Зокрема, рибосома повинна зробити паузу, щоб дочекатися прибуття рідкісної тРНК, і це збільшує кінетичну сприятливість рибосоми та асоційованої тРНК до проковзування на нову рамку зчитування[12][14]. За цієї моделі, зміна рамки зчитування спричинена проковзуванням однієї тРНК, а не двох. Контролювальні механізмиРибосомальний зсув рамки зчитування може контролюватися механізмами, знайденими в послідовності мРНК (цис-діючій). Зазвичай це стосується слизької послідовності, вторинної структури РНК або обох. Сигнал -1 рибосомального зсуву рамки зчитування складається з обох елементів, розділених спейсерною областю, як правило, довжиною 5–9 нуклеотидів[2]. Зсув рамки зчитування може також бути індукований іншими молекулами, які взаємодіють з рибосомою або мРНК (транс-діючими). Сигнальні елементи рибосомального зсуву рамки зчитуванняСлизька послідовністьСлизькі послідовності потенційно можуть спричинити «ковзання» зчитування рибосоми та пропускання ряду нуклеотидів (зазвичай лише 1) і зчитування зовсім іншої рамки після цього. За запрограмованого -1 рибосомального зсуву рамки зчитування, слизька послідовність відповідає мотиву X_XXY_YYZ, де XXX є будь-якими трьома однаковими нуклеотидами (хоча трапляються деякі винятки), YYY це, як правило, УУУ або ААА, а Z — це А, Ц або У. У випадку з +1 зсувом рамки зчитування, слизька послідовність містить кодони, для яких відповідна тРНК є рідкісною, і зсуву рамки зчитування сприяє те, що асоційована тРНК кодону нової рамки зчитування є поширенішою[12]. Одним із прикладів слизької послідовності є полі (А) послідовність мРНК, яка, як відомо, індукує «ковзання» рибосоми навіть за відсутності будь-яких інших елементів[15]. Вторинна структура РНКЕфективний рибосомальний зсув рамки зчитування, як правило, вимагає наявності вторинної структури РНК для посилення ефектів слизької послідовності[11]. Вважається, що структура РНК (яка може бути шпилькою або псевдовузлом) тимчасово зупиняє рибосому на слизькому сайті під час трансляції, змушуючи її переміщатись і продовжувати реплікацію з положення -1. Вважається, що це відбувається тому, що структура фізично блокує рух рибосоми, через застрягання в рибосомному мРНК тунелі[2]. Цю модель підтримує той факт, що механічна міцність псевдовузлів позитивно корелює з рівнем рибосомальних зсувів рамки зчитування для асоційованої мРНК[3][16]. Нижче наведено приклади передбачуваних вторинних структур для елементів зсувів рамки зчитування, показаних для стимулювання зсуву рамки зчитування у різних організмів. Більшість представлених структур — це шпильки, за винятком структури ALIL (англ. apical loop-internal loop) псевдовузла. На цих зображеннях більші та неповні кола мРНК представляють лінійні області. Вторинні «шпилькові» структури, де «стебла» утворені областю мРНК, основи якої спаровані з іншою областю того ж ланцюга, показані виступаючими з лінійної ДНК. Лінійна область сигналу рибосомального зсуву рамки зчитування ВІЛ містить дуже консервативну UUU UUU слизьку послідовність; багато інших прогнозованих структур містять також кандидати в слизькі послідовності. Послідовності мРНК на зображеннях можна читати відповідно до набору вказівок. Хоча A, T, Ц і Г показують позицію певного нуклеотиду, є також букви, які показують неоднозначність і, які використовуються, коли в цій позиції може бути більше одного типу нуклеотидів. Правила Міжнародного союзу фундаментальної та прикладної хімії (IUPAC) такі[17]:
Транс-діючі елементиБуло виявлено, що невеликі молекули, білки та нуклеїнові кислоти стимулюють рівень зсуву рамки зчитування. Наприклад, механізм негативного зворотного зв'язку в шляху синтезу поліамінів, що базується рівнях поліамінів, стимулює збільшення +1 зсувів рамок зчитування, внаслідок чого утворюється інгібіторний фермент. Було показано, що деякі білки, які необхідні для розпізнавання кодону, або які безпосередньо зв'язуються з послідовністю мРНК також модулюють рівень зсувів рамок зчитування. Молекули мікроРНК можуть гібридизуватися з вторинною структурою РНК і впливати на її міцність[5]. Див. такожПосилання
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Portal di Ensiklopedia Dunia
