在识别起始密码的过程中,eIF1和eIF1A具有重要作用。eIF1占据了P位点(肽酰位点)的一部分,它带有一个保守的环,可以伸入mRNA通道,探测密码子的配对情况。
eIF1A则占据了A位点(氨酰位点)的一部分,它的结合使rRNA解码位点的碱基处于一种开放构象(open conformation),减弱了mRNA与rRNA之间的相互作用,从而促进了mRNA的扫描。
当扫描到AUG后,正确的配对引起暂停,并导致一系列构象变化,形成封闭构象(closed conformation)。然后eIF1从复合物中释放,起始tRNA才能正常占据P位点。
eIF1的释放还导致eIF2-GTPase活性位点释放磷酸。在最初的三元复合物中,GTP与GDP处于平衡状态,磷酸的释放使GTP完全水解,导致eIF2-GDP离开复合物。
eIF2离开后,新暴露的40 S亚基和eIF1A会募集eIF5B和60 S大亚基。当80 S复合物形成后,再释放出eIF1A、eIF3、eIF5和eIF5B。此时没有eIF1A阻止tRNA进入A位点,翻译才能进入延伸阶段。
以上是真核生物翻译起始的经典模式。正常情况下,大多数mRNA的翻译起始都采用这种模式。
作为多数翻译过程的第一步,当然有多种调节机制。在氧化应激、氨基酸限制、内质网应激等条件下,经典模式会受到一些通路的抑制,最常见的就是对eIF2和eIF4E的抑制。
除经典模式外,翻译起始还有多种方式。例如,同样是帽依赖的起始,还有一种不依赖eIF4E的起始方式,由帽结合复合物(CBC)介导帽子的结合与扫描。这种模式与mRNA的寿命调控有关,可能参与无义介导的mRNA衰变(NMD)。
类似的还有eIF3d介导的起始,由eIF3d进行帽识别,以指导翻译起始,从而代替eIF4E。
非帽依赖的翻译起始也有多种。内部核糖体进入位点(IRES),是在病毒mRNA中首先发现的一种顺式元件,可以借助IRES 反式作用因子(ITAF),将核糖体募集到病毒mRNA中的特定起始密码子,从而允许非帽依赖的翻译起始。
一些病毒利用IRES劫持宿主翻译机制,关闭帽依赖性翻译,同时保持病毒蛋白翻译。但IRES介导的翻译并不仅限于病毒。已经证明IRES元件在辐射、缺氧、血管生成、凋亡和营养物质剥夺等条件下具有活性。
所以IRES介导的翻译起始可能代表了一种调节机制,该机制使细胞能够响应并应对各种短暂的应激相关情况。某些mRNA中的IRES元素可能对维持正常的生理过程很重要,但也参与多种病理过程。
在多发性骨髓瘤中,原癌基因c-Myc的IRES结构中有一个C> T突变,可以导致IRES活性显著增加。这种突变可以促进ITAF的结合,从而增加了c-Myc蛋白的合成。
另一种非帽依赖的起始模式是m6A介导的翻译起始,我们在mRNA的加工修饰中提到过。mRNA 5'UTR中的N(6)-甲基腺苷(m6A)可以直接结合eIF3多蛋白复合物,直接募集43S复合物而无需经过eIF4E介导的帽扫描过程。这种方式也常与应激有关。
特殊的翻译起始机制还有多种,如渗漏扫描(leaky scanning)、翻译重启(Translation re‐initiation)、核糖体分流(Ribosome shunting)等。生物学是迅速发展的学科,随着研究的深入,还会不断有新的发现、新的认识。
例如已经在真核细胞中发现了多顺反子mRNA。哺乳动物中的线粒体基因组和粘液霉菌(Dictyostelium discoideum)都有多顺反子mRNA,主要加工成单、双和三顺反子转录物。一些病毒也可以编码多顺反子RNA。
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