Traducción crítica minoritaria
! ` * Z0 j$ n W! g, n1 J
u: o h C$ U? /T(@ r;b;a p5 x
9 K( ]$ g* Q9 B/ `# O
El ARN mensajero (ARNm) eucariótico no solo contiene todo el lectura La caja sirve como plantilla para la síntesis de proteínas y también contiene información que regula la exportación nuclear, la localización subcelular, la traducción y la estabilidad del ARNm. Gran parte de esta información es transportada por proteínas, incluidas las proteínas de ARNm de unión a ARNm (mRNP). Sin embargo, estas proteínas La adquisición de factores que actúan en la fórmula no está completamente determinada por la secuencia primaria de la transcripción. Los componentes del pre-mRNP varían mucho en cada paso de su procesamiento, incluida la transcripción, la poliadenilación, el empalme y la exportación del pre-mRNA. Para comprender la regulación de la expresión génica en eucariotas, una de las preguntas clave es determinar cómo la experiencia de mRNP en el núcleo afecta su función en el citoplasma y cómo afecta la producción de proteínas asociadas )a) Q! {*o4z：j-E&f#_. o;n
* o8 s" G ~!~ 6 g # * J Una de las evidencias de que la experiencia del ARNm en el núcleo puede afectar su destino en el citoplasma proviene del análisis sin sentido de células de mamíferos. Análisis de la degradación del ARNm mediada por mutaciones (NMD) La NMD es el proceso mediante el cual los ARNm con codones de parada prematuros, que pueden ser códigos de proteínas dañinos, se reconocen selectivamente y se destruyen prematuramente. El descubrimiento de que el codón de parada está al menos 50 nucleótidos aguas arriba de 3. ' el empalme indica claramente que la degradación del ARNm en el citoplasma está controlada en parte por reacciones dentro del núcleo debido al descubrimiento del complejo de unión exónica (EJC), factores que pueden explicar las observaciones anteriores a nivel molecular
1 m- s2 d6 `4 z' @: k
J0 y: n$ m Q F en células de mamíferos Se forma junto con el empalme y se une estrechamente al ARNm recién producido 24 nucleótidos aguas arriba de la unión de empalme. , el EJC se transporta al citoplasma junto con el ARNm maduro y permanece asociado con el ARNm hasta que la traducción mRNP permanece sin cambios durante la maduración, pero las proteínas periféricas del EJC continúan asociándose y disociando del mRNP durante la formación de mRNP en la célula. El EJC participa en varios procesos celulares, incluida la exportación nuclear de ARNm, la localización subcelular, el control de calidad y la traducción. Ma e Isken publicaron dos informes de investigación en este número de Cell, que revelan en detalle el mecanismo por el cual EJC y sus proteínas de unión. activar e inhibir la traducción. t . u amp; ^6 ~2 x
3 s9 M. H(T amp;L# [
La vía de señalización TOR juega un papel clave en la célula. La regulación del crecimiento. TOR está controlada por varias señales extracelulares (incluida la concentración de aminoácidos, hormonas, etc.). Está controlada por células complejas. Una cascada de vías de transducción de señales externas a varios mecanismos celulares, incluido el complejo de iniciación de la traducción. S6 quinasa (S6K). >
ampY. \.y9 segundos (segundos
El reconocimiento de la tapa del ARNm por las células eucariotas está relacionado con el complejo de unión a la tapa (CBC) o el factor de iniciación de la traducción eIF4E.
El reconocimiento de la tapa del ARNm es un paso crítico en la traducción, ya que garantiza que solo se traduzca el ARNm intacto. El CBC interactúa con la tapa del ARNm recién sintetizado en el núcleo y promueve la traducción del ARNm durante el proceso de traducción del precursor en el citoplasma. La evidencia obtenida de estudios en células de mamíferos sugiere que durante la primera ronda de traducción, se producen tanto el reconocimiento de códigos de terminación de traducción prematura (PTC) como la aparición de NMD. Con base en estas observaciones, Bienis y sus colegas probaron si la vía TOR (mTOR) de los mamíferos afecta la fosforilación de proteínas específicas involucradas en la traducción pionera. Para detectar posibles objetivos de S6K fosforilados, analizaron proteínas precipitadas con CBC*** (CBC***) y descubrieron que varios factores desconocidos también participan en la vía mTOR durante la traducción pionera. Además, los investigadores descubrieron que mTOR y una de las dos quinasas S6 de los mamíferos (S6K1) se unen a estos factores desconocidos. Estos datos revelaron que la vía mTOR podría estar implicada en la traducción del ARNm, lo que llevó al estudio de los factores que vinculan estos dos procesos. La investigación sobre posibles factores de interacción mostró que el sustrato SKAR de S6K1 identificado tempranamente (objetivo S6K1 Aly/REF) puede unir S6K1 al mRNP objetivo. SKAR tiene un dominio de unión a ARN que se desplaza entre el núcleo y el citoplasma, de acuerdo con su función de transmitir señales TOR/S6K a nuevos mRNP. SKAR se une específicamente a EJC formada in vitro, que es necesaria para la fosforilación de objetivos posteriores de S6K1. Lo más importante es que SKAR, S6K1 y EJC fueron derribados por un pequeño ARN de interferencia (ARNip) y se descubrió que estaban involucrados en la promoción de la traducción del ARNm empalmado. Con base en estos datos, Blenis cree que la vía mTOR une S6K1 al ARNm recién empalmado a través de SKAR y participa en la traducción. 1 i' h {7 [4 a d# Q2 d
. K6 ~ 3y . al. también encontró que varios factores en el complejo inhibidor unido a factores CBC pueden ser fosforilados por S6K1 para investigar más a fondo si la agregación de S6K1 es suficiente para aumentar la eficiencia de la traducción mediada por EJC, o si se requieren otros factores, esto es muy interesante. k
- d2 o1 Característicamente, distingue el ARNm recién formado del antiguo molde para la traducción. Una observación clave informada por Blenis y sus colegas es que la vía mTOR/S6K1 actúa específicamente sobre el ARNm recién sintetizado a través de este mecanismo. , la célula estimula aún más el gen recién iniciado para que produzca proteína. Esta estimulación puede acortar el tiempo de demora general entre la inducción de la transcripción y los efectos biológicos posteriores. Esto es particularmente importante en los eucariotas, donde la producción de ARNm traducible es un proceso largo. La síntesis de ARNm tarda decenas de minutos y, en casos extremos, horas, seguida del largo proceso de síntesis de ARNm que impide que las células respondan rápidamente a estímulos externos a través de la estimulación dirigida por EJC, SKAR y mTOR/S6K1 de la traducción de ARNm recién sintetizado, que puede compensar. por la lenta tasa de producción de ARNm Dado que el EJC puede eliminarse en la primera ronda de traducción, es probable que los efectos anteriores sean de corta duración y se limiten a unos pocos procesos de iniciación de la traducción, a menos que el sustrato S6K1 involucrado en la iniciación de la traducción permanezca unido. a mRNP después de la disociación de EJC 3 `) Q3 W? c $ x6 t " P # F. {
, v6 K z: l: ]. " a8 i* N
El La unión de SKAR y EJC es un hallazgo sorprendente porque estudios previos sobre la purificación de mRNP empalmados in vitro no identificaron SKAR. Una posible explicación es que SKAR puede estar asociado con algunos EJC combinados.
Debido a que SKAR tiene un dominio de unión a ARN, una posibilidad interesante es que SKAR se una preferentemente a clases específicas de ARNm (p. ej., objetivos importantes para la regulación de S6K).
1 }' x2 `$f! Joder. P/ R8 D$ A# [7 h1 M' u
El estudio de Ma et al proporciona una explicación inesperada para el mecanismo que promueve la traducción, porque hay informes concurrentes que indican lo contrario, lo que indica que el complejo. juega un papel en el proceso NMD. La traducción tiene un efecto inhibidor. Estos hallazgos no son contradictorios, pero resaltan el papel crítico e inusual del EJC en el control de la traducción. ! G4^RcI! v! Territorios del Noroeste
, W3 ]) H3 W! La activación de p3 f1 C9 C durante NMD puede inhibir la traducción de 4xw {-Q3 c' y3e B9e.
Z: B T7 ^9. ¡respuesta! @¡PAG! P NMD reconoce e inicia la degradación del ARNm a través del código de terminación prematura de la traducción (PTC). NMD es importante para la eliminación de ARNm que contiene PTC de las células debido a mutaciones del ADN, reordenamientos ineficaces del ADN o procesamiento incorrecto del ARNm. Además, NMD regula la expresión de un número considerable de genes normales en algunos eucariotas. En eucariotas, el núcleo proteico conservado del complejo NMD incluye las proteínas Upf1, Upf2 y Upf3. Upf1, como ARN helicasa, es un factor clave involucrado en la terminación de la traducción y el seguimiento de la formación de complejos NMD. En la mayoría de los organismos multicelulares, el ciclo de fosforilación y desfosforilación de Upf1 es importante para la NMD. Estos ciclos están mediados por SGM1, SGM5, SGM6 y SGM7. El ARNm que contiene PTC marcado por el complejo Upf1 es finalmente degradado por factores implicados en la degradación general del ARNm en los cuerpos P.
]2 F7 z0 @(C)L7 k 1 { 9 Q # @:G @ 3 N9 Z
Distinguir los cifrados PTC y de terminación normal es un paso necesario para NMD, pero Todavía no está bien investigado. Un modelo importante es que, además del reconocimiento de codones de parada por el complejo de traducción, el reconocimiento de codones de parada prematuros también requiere señales aguas abajo del codón de parada. En Saccharomyces cerevisiae, Drosophila melanogaster y C. elegans, esta señal puede surgir de una 3'UTR de longitud anormal causada por PTC, aunque el mecanismo por el cual se genera la señal no está claro. La NMD se puede inducir cuando el PTC se encuentra a >50 nucleótidos aguas abajo del límite del exón. Con pocas excepciones, la mayoría de los codones de parada normales se encuentran aguas abajo del último intrón, y los genes que contienen PTC y que carecen de intrones no producen NMD. A través de la unión secuencial de Upf3 y Upf2, EJC proporciona información sobre la posición del intrón al complejo NMD. (D7 c (s) (1) En la primera ronda de traducción, los ribosomas que terminan en PTC interactúan con los factores de liberación de traducción eRF1, eRF3 y SMG1 para formar SURF (SMG 1-Upf1. (2) Este complejo SURF de transición une ribosomas a EJC, que une Upf3 y Upf2 aguas abajo (3) La interacción de Upf1 con SMG1 y la unión de Upf2 a EJC desencadenan la fosforilación de UPF 1 por SMG1 (4) El complejo resultante (que incluye EJC, Upf3, Upf2 y fosforilado). Upf1) son señales clave para inducir la degradación del ARNm )j " e w3 ^: V8 {; i: W
1 q: G" z/ |1 u) M0 h
. En su nuevo estudio, Isken y sus colegas proporcionan detalles moleculares de la nueva función de Upf1 fosforilada en el paso final de NMD. Su estudio muestra que Upf1 no solo inicia la degradación del ARNm que contiene PTC, sino también la regulación negativa de Upf1 por pequeños ARN de interferencia. puede mejorar significativamente la eficiencia de la traducción del ARNm del gen informador codificado por luciferasa.
Se observan efectos similares cuando el inicio de la traducción del ARNm indicador de luciferasa es impulsado por el sitio de entrada al ribosoma interno (IRES) del virus de la hepatitis C. Este inicio de traducción impulsado por IRES difiere del inicio de traducción clásico que se basa en el extremo 5'. No requiere factores de iniciación de la traducción unidos a la estructura de la tapa 5', pero puede unirse directamente a la subunidad ribosómica 40S. Esta conversión puede ocurrir en ribosomas 80S activados y requiere el factor de iniciación ei F2, la reacción entre el ARNt iniciador y el eIF3. Isken et al. observaron que cuando la traducción de la luciferasa depende del IRES del virus de la parálisis del grillo (CrPV), la regulación negativa de Upf1 tiene poco efecto sobre la traducción. CrPV realiza la traducción mediada por IRES a través de un mecanismo independiente de los factores de inicio de la traducción. Este resultado sugiere que Upf1 funciona como un inhibidor del inicio de la traducción como se había planteado previamente. Esta función de Upf1 es necesaria para NMD porque si el CrPV IRES inicia la traducción del ARNm de PTC-39 de β-globina, un objetivo putativo de NMD, entonces este ARNm no es NMD. Aunque es poco probable, los resultados anteriores podrían explicarse por el hecho de que este modo especial de inicio de la traducción impulsado por CrPV IRES impide que Upf1 se una de manera eficiente al complejo de terminación de la traducción. # S6 I ampL7 o4 F# N,_(N amp;T j
4x * y6 k3l "} 8j amp; La fosforilación de Upf1 es un paso clave en el proceso NMD antes de la degradación del ARNm. Isken et al. estudiaron la fosforilación de Upf1, que se descubrió que inhibe el inicio de la traducción, se podría imaginar que el Upf1 fosforilado inhibe indirectamente el inicio de la traducción como resultado de la degradación del ARNm activada por NMD (NMD puede eliminar ambos extremos del ARNm, incluida la estructura de tapa 5 '). y cola 3' poli(A), estas estructuras se unen a factores clave de iniciación de la traducción, incluido el factor CBC en la unión del complejo eIF4 a la estructura de la tapa en la traducción pionera, y proteínas de unión poli(A) de la poli. (A) cola Sin embargo, los resultados de Isken et al. sugieren que Upf1 probablemente afecta las etapas iniciales de la traducción. Primero, muestran que los componentes del complejo eIF3 se inmunoprecipitan con Upf1 cuando Upf1 está altamente fosforilado, la reacción de inmunoprecipitación puede ser. Además, el análisis de transferencia Western superpuesto mostró que Upf1 interactúa con eIF3a, la subunidad grande de eIF3. En segundo lugar, utilizaron lisados de reticulocitos de conejo, que se pueden traducir in vitro pero sin degradación. sustratos de ARNm mediante sedimentación en gradiente de sacarosa y descubrieron que el Upf1 altamente fosforilado no tuvo ningún efecto sobre la unión del complejo de ARNt iniciador de la subunidad 40S al ARNm. Sin embargo, el Upf1 altamente fosforilado (Upf1 no salvaje) no pudo prevenir la conversión. del complejo de ARNt iniciador de subunidad 40S en el ribosoma traducible 80S \( `0 A# C# u
# \ A9 w `6 {6 j Iksen et al. La función Upf1 recientemente descubierta se integra con la popular. Modelo NMD. Durante la primera ronda de traducción, Upf1 se une al ribosoma formando un complejo SURF. Se une a SMG1 y a EJC aguas abajo, iniciando la fosforilación de Upf1 por SMG1. El Upf1 fosforilado no solo agrega los factores de degradación del ARNm ( el mecanismo de agregación aún no está claro), pero también contacta a eIF3 para evitar un mayor inicio de la traducción. Curiosamente, hallazgos recientes indican que eIF3 está involucrado en el reciclaje de ribosomas después de la terminación de la traducción, lo que sugiere que la ubicación de Upf1 y eIF3 puede facilitar su interacción y bloquear aún más. traducción durante la terminación de la traducción mediante este mecanismo. Además, este proceso puede liberar el mRNP de la maquinaria de traducción, ponerlo en contacto con la maquinaria de degradación y moverlo a los cuerpos de P para su degradación.
Esta función dual de Upf1 es consistente con la idea de que el objetivo final de NMD es principalmente prevenir la síntesis de proteínas anormales en lugar de simplemente reducir la vida media del ARNm.
- B( s* f$ @,P
6 C- x( h" Más complejo. Observaron que la regulación negativa de Upf3 b (también conocido como Upf3x), un forma de Upf2 o Upf3, impidió la aparición de NMD pero no afectó la traducción. Esta observación sugiere que se requiere fosforilación con diversos grados de fosforilación para la represión traduccional y la degradación del ARNm. El inicio de la traducción biológica también es importante, ya que existe evidencia de que la NMD en la levadura puede inhibir la traducción. ayuda a comprender cómo funciona Upf1 en la degradación del ARNm y la traducción posterior
$ ?0 ?/ x" v) [ T!f0 e ]$ I |- u, }
Primer plano.
f2 E amp cinco, |.@2 h) [7 h" a) `7 v5 z5 \5 b# D? )m
La compartimentación de la producción de ARNm y la traducción de proteínas en eucariotas aumenta la eficiencia de estos procesos, aunque esta compartimentación hace que la expresión génica en eucariotas sea más lenta que en procariotas. El desacoplamiento físico de la producción y traducción del ARNm puede dificultar la distinción del ARNm recién producido del ARNm antiguo, pero este no es el caso en las células de mamíferos. EJC es un marcador molecular en células de mamíferos que permite a las células distinguir transcripciones antiguas del ARNm recién sintetizado. La plataforma establecida en el núcleo de EJC funciona interactuando con factores específicos en varios pasos regulatorios postranscripcionales, incluida la degradación del ARNm, la localización intracelular y la traducción. También puede encontrar otras características de EJC. Curiosamente, la mayoría de las funciones del EJC están directa o indirectamente relacionadas con la activación o represión de la traducción. Por ejemplo, la localización del ARNm debe coordinarse estrechamente con el control de la traducción para evitar que las proteínas se produzcan en el lugar incorrecto de la célula. Estudios adicionales revelarán claramente cómo la mejora o inhibición de la traducción relacionada con EJC actúa sobre diferentes ARNm en la misma célula. La proteína central de EJC eIF4AIII es muy similar al factor de iniciación de la traducción eIF4A y puede ser un marcador evolutivo de EJC que está altamente relacionado con la traducción. Sorprendentemente, a pesar de las claras ventajas que ofrece el EJC en el control de la expresión génica, la conservación de las subunidades del complejo EJC está restringida a los metazoos. Además, en organismos sin EJC, como Saccharomyces cerevisiae, también existe NMD, localización de ARNm y mejora posterior al empalme de la traducción de ARNm. El ARNm recién sintetizado tiene características adicionales que pueden ser reconocidas por una maquinaria celular importante, y es importante identificar estas características.
2z7d l e)f 1 \ ' yEste artículo fue escrito originalmente por el Sr. Ren Jian, gracias.