Miejsce wiązania rybosomu
Miejsce wiązania rybosomu lub miejsce wiązania rybosomu ( RBS ) to sekwencja nukleotydów przed kodonem start transkryptu mRNA , która jest odpowiedzialna za rekrutację rybosomu podczas inicjacji translacji . Głównie RBS odnosi się do sekwencji bakteryjnych, chociaż wewnętrzne miejsca wejścia rybosomu (IRES) zostały opisane w mRNA komórek eukariotycznych lub wirusów, które infekują eukarioty . Rekrutacja rybosomów u eukariontów odbywa się na ogół za pośrednictwem Czapeczka 5' obecna na eukariotycznych mRNA.
Prokarionty
RBS u prokariotów to region powyżej kodonu start. Ten region mRNA ma konsensus 5'-AGGAGG-3', zwany także sekwencją Shine-Dalgarno (SD). Sekwencja komplementarna (CCUCCU), zwana anty-Shine-Dalgarno (ASD), jest zawarta na końcu 3' regionu 16S mniejszej (30S) podjednostki rybosomu. Po napotkaniu sekwencji Shine-Dalgarno ASD rybosomu paruje się z nią, po czym rozpoczyna się translacja.
Odmiany sekwencji 5'-AGGAGG-3' zostały znalezione w Archaea jako wysoce konserwatywne regiony 5'-GGTG-3', 5 par zasad powyżej miejsca startu. Ponadto niektóre bakteryjne regiony inicjacji, takie jak rpsA w E. coli, całkowicie nie mają możliwych do zidentyfikowania sekwencji SD.
Wpływ na wskaźnik inicjacji tłumaczenia
Rybosomy prokariotyczne rozpoczynają translację transkryptu mRNA, podczas gdy DNA jest nadal transkrybowane. Zatem translacja i transkrypcja są procesami równoległymi. Bakteryjne mRNA są zwykle policistronowe i zawierają wiele miejsc wiązania rybosomów. Inicjacja translacji jest najbardziej regulowanym etapem syntezy białek u prokariotów.
Szybkość tłumaczenia zależy od dwóch czynników:
- szybkość rekrutacji rybosomu do RBS
- szybkość, z jaką rekrutowany rybosom jest w stanie zainicjować translację (tj. wydajność inicjacji translacji)
Sekwencja RBS wpływa na oba te czynniki.
Czynniki wpływające na szybkość rekrutacji rybosomów
Białko rybosomalne S1 wiąże się z sekwencjami adeninowymi powyżej RBS. Zwiększenie stężenia adeniny powyżej RBS zwiększy szybkość rekrutacji rybosomów.
Czynniki wpływające na efektywność inicjacji tłumaczenia
Poziom komplementarności sekwencji mRNA SD do rybosomalnego ASD ma duży wpływ na efektywność inicjacji translacji. Większa komplementarność skutkuje wyższą wydajnością inicjacji. Warto zauważyć, że obowiązuje to tylko do pewnego momentu - wiadomo, że zbyt bogata komplementarność paradoksalnie zmniejsza szybkość translacji, ponieważ rybosom jest wtedy zbyt mocno związany, aby przejść dalej.
Optymalna odległość między RBS a kodonem start jest zmienna - zależy od części sekwencji SD zakodowanej w rzeczywistym RBS i jej odległości od miejsca startu konsensusowej sekwencji SD. Optymalne odstępy zwiększają szybkość inicjacji translacji po związaniu rybosomu. W jednym badaniu stwierdzono również, że skład nukleotydów w samym regionie rozdzielającym wpływa na szybkość inicjacji translacji.
Białka szoku cieplnego
Struktury drugorzędowe utworzone przez RBS mogą wpływać na wydajność translacji mRNA, generalnie hamując translację. Te drugorzędowe struktury powstają w wyniku wiązania H par zasad mRNA i są wrażliwe na temperaturę. W wyższej niż zwykle temperaturze (~42°C) drugorzędowa struktura RBS białek szoku cieplnego zostaje cofnięta, co umożliwia rybosomom wiązanie się i inicjowanie translacji. Mechanizm ten pozwala komórce szybko reagować na wzrost temperatury.
eukarionty
czapka 5'
Rekrutacja rybosomów u eukariotów ma miejsce, gdy eukariotyczne czynniki inicjujące elF4F i białko wiążące poli(A) (PABP) rozpoznają mRNA z czapeczką 5' i rekrutują kompleks rybosomu 43S w tym miejscu.
Inicjacja translacji następuje po rekrutacji rybosomu, w kodonie start (podkreślonym) znajdującym się w sekwencji konsensusowej Kozaka ACC AUG G. Ponieważ sama sekwencja Kozaka nie bierze udziału w rekrutacji rybosomu, nie jest uważana za miejsce wiązania rybosomu.
Wewnętrzne miejsce wejścia rybosomu (IRES)
Wiadomo, że rybosomy eukariotyczne wiążą się z transkryptami w mechanizmie innym niż ten obejmujący czapeczkę 5', w sekwencji zwanej wewnętrznym miejscem wejścia rybosomu . Proces ten nie jest zależny od pełnego zestawu czynników inicjujących translację (chociaż zależy to od konkretnego IRES) i jest powszechnie spotykany w translacji wirusowego mRNA.
Adnotacja genu
Identyfikacja RBS służy do określenia miejsca inicjacji translacji w sekwencji bez adnotacji. Nazywa się to przewidywaniem N-końcowym. Jest to szczególnie przydatne, gdy wokół potencjalnego miejsca startu sekwencji kodującej białko znajduje się wiele kodonów startowych.
Identyfikacja RBS jest szczególnie trudna, ponieważ są one zwykle bardzo zdegenerowane. Jednym ze sposobów identyfikacji RBS w E.coli jest wykorzystanie sieci neuronowych . Innym podejściem jest użycie próbkowania Gibbsa .
Historia
Sekwencja Shine-Dalgarno prokariotycznego RBS została odkryta przez Johna Shine'a i Lynne Dalgarno w 1975 roku. Sekwencja konsensusowa Kozaka została po raz pierwszy zidentyfikowana przez Marilyn Kozak w 1984 roku, kiedy była na Wydziale Nauk Biologicznych Uniwersytetu w Pittsburghu .