真核翻譯起始因子在蛋白翻譯中的作用

張行政

摘 要：真核蛋白的翻譯是一個(gè)重要而又復(fù)雜的過程，在這一過程中，需要一系列真核翻譯起始因子（eIF）的參與，這些蛋白質(zhì)有助于穩(wěn)定起始密碼子周圍核糖體預(yù)啟動復(fù)合物的形成，并且是轉(zhuǎn)錄后基因調(diào)控的重要因子。與原核起始因子相比，真核起始因子的種類復(fù)雜多樣。它們通過在翻譯過程中與核糖體、tRNA、mRNA相互作用，使得蛋白翻譯有條不紊的進(jìn)行，進(jìn)而維持細(xì)胞正常的生命活動。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的真核翻譯起始因子有十多種，本文主要介紹幾種重要的真核翻譯起始因子的結(jié)構(gòu)以及在蛋白合成中的調(diào)節(jié)作用。

關(guān)鍵詞：真核蛋白;翻譯起始因子;蛋白翻譯;調(diào)節(jié)作用

1.真核細(xì)胞翻譯前的準(zhǔn)備是使起始tRNA正確結(jié)合在核糖體的P位點(diǎn)上，并且使得mRNA的起始AUG密碼子能夠正確配對，進(jìn)而在多種真核翻譯起始因子的參與下，最終使得核糖體大小結(jié)合，形成一個(gè)完整的結(jié)合mRNA的核糖體。[1]這期間，真核翻譯起始因子行使著各自不同的功能并構(gòu)成一個(gè)相互作用的網(wǎng)絡(luò)。

2.eIF1和eIF1A

eIF1和eIF1A都與40S核糖體亞基-mRNA復(fù)合體結(jié)合。它們共同誘導(dǎo)了mRNA結(jié)合通道的“開放”構(gòu)象，這對于tRNA傳遞和啟動密碼子識別至關(guān)重要。eIF1與40S亞基的解離被認(rèn)為是起始密碼子識別的關(guān)鍵步驟。eIF1和eIF1A是小蛋白（在人類中分別為13和16kDa），都是43S的組成部分。eIF1結(jié)合在核糖體P位點(diǎn)附近，而eIF1A結(jié)合在A位點(diǎn)附近，其方式分別類似于結(jié)構(gòu)上和功能上相關(guān)的細(xì)菌對應(yīng)物IF3和IF1。[2]

2.1 eIF2

eIF2是負(fù)責(zé)將起始氨酰tRNA傳遞到預(yù)起始復(fù)合物的P位的主要蛋白質(zhì)復(fù)合物。eIF2對帶有氨酰起始tRNA具有特異性，這不同于用于延長多肽鏈的其他帶有甲硫氨酸的tRNA。[3]將起始氨酰tRNA放置在P位的AUG起始密碼子后，eIF1和eIF1A解離，核糖體大小亞基結(jié)合。這種水解標(biāo)志著延伸的開始。eIF2具有三個(gè)亞基，即eIF2α，β和γ。前一個(gè)α亞基是調(diào)節(jié)磷酸化的靶標(biāo)，對于可能需要調(diào)控蛋白質(zhì)合成以響應(yīng)細(xì)胞信號事件的細(xì)胞特別重要。eIF2α磷酸化后，成為與鳥苷酸交換因子eIF2B結(jié)合的未磷酸化eIF2的競爭性抑制劑，進(jìn)而降低翻譯表達(dá)。

2.2 eIF3

eIF3獨(dú)立結(jié)合40S核糖體亞基，多種起始因子以及細(xì)胞和病毒mRNA。[4]在哺乳動物中，eIF3是最大的起始因子，由13個(gè)亞基（a-m）組成。它的分子量約為800kDa，可控制具有5'帽或IRES的mRNA上40S核糖體亞基的裝配。eIF3可以使用eIF4F復(fù)合物，或者在內(nèi)部啟動過程中使用IRES，將mRNA鏈置于40S核糖體亞基的出口位點(diǎn)附近，從而促進(jìn)功能性預(yù)啟動復(fù)合物的組裝。在許多人類癌癥中，eIF3a，b，c，h，i和m亞基過度表達(dá)，而e和f亞基表達(dá)不足[5]。解釋這種失調(diào)的一種潛在機(jī)制來自以下發(fā)現(xiàn)：eIF3結(jié)合特定的一組細(xì)胞增殖調(diào)節(jié)劑mRNA轉(zhuǎn)錄物并調(diào)節(jié)其翻譯。[6]eIF3還通過S6K1和mTOR/Raptor介導(dǎo)細(xì)胞信號傳導(dǎo)，以實(shí)現(xiàn)翻譯調(diào)控。

2.3 eIF4F

eIF4F復(fù)合體由三個(gè)亞基組成：eIF4A，eIF4E和eIF4G。每個(gè)亞基都有多種人類同工型，并且存在其他eIF4蛋白：eIF4B和eIF4H。eIF4G是一種175.5kDa的支架蛋白，可與eIF3和Poly（A）結(jié)合蛋白（PABP）以及eIF4F復(fù)合體的其他成員相互作用。eIF4E識別并結(jié)合mRNA的5'帽結(jié)構(gòu)，而eIF4G結(jié)合PABP，后者結(jié)合了poly（A）尾巴，可能使結(jié)合的mRNA環(huán)化并激活。eIF4A–DEAD盒RNA解旋酶，對于解析mRNA二級結(jié)構(gòu)很重要。eIF4B包含兩個(gè)RNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域。一個(gè)非特異性地與mRNA相互作用，而第二個(gè)特異性結(jié)合小核糖體亞基的18S部分。它充當(dāng)eIF4A的靶點(diǎn)和關(guān)鍵輔助因子。它也是S6K的底物，當(dāng)被磷酸化時(shí)，它會促進(jìn)預(yù)起始復(fù)合物的形成。在脊椎動物中，eIF4H是一個(gè)附加的起始因子，其功能與eIF4B相似。

2.4 eIF5

eIF5是一種GTPase激活蛋白，可幫助大核糖體亞基與小亞基結(jié)合。它是eIF2水解GTP所必需的，并且含有不尋常的氨基酸hy素。eIF5A是EF-P的真核同源物。它有助于伸長，并且在終止中也起作用。[7]eIF5B是一種GTPase，參與完整核糖體的組裝。它是細(xì)菌IF2的功能性真核類似物。[8]

真核翻譯起始過程是一個(gè)比較復(fù)雜的過程， 在各種真核翻譯因子調(diào)節(jié)的同時(shí)，也被細(xì)胞內(nèi)各種信號途徑所調(diào)節(jié)。目前仍舊有一些未知的調(diào)節(jié)機(jī)制，影響著細(xì)胞發(fā)育及基因表達(dá)，對于這個(gè)過程的研究將有助于我們更好理解真核翻譯因子與信號途徑的關(guān)系。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳銘.真核生物翻譯起始因子eIF2在哺乳動物中的磷酸化調(diào)節(jié).科協(xié)論壇.2007，1007-3973（2007）07-45-02：45-47.

[2]Fraser CS （July 2015）. "Quantitative studies of mRNA recruitment to the eukaryotic ribosome". Biochimie.

[3]Aitken CE， Lorsch JR （June 2012）. "A mechanistic overview of translation initiation in eukaryotes". Nature Structural & Molecular Biology. 19 （6）： 568-76. 2303.

[4]Hinnebusch AG （October 2006）. "eIF3： a versatile scaffold for translation initiation complexes". Trends in Biochemical Sciences. 31 （10）： 553-62. 2006.08.005.

[5]Hershey JW （July 2015）. "The role of eIF3 and its individual subunits in cancer". Biochimica et Biophysica Acta. 1849 （7）： 792–800. 2014.10.005.

[6]Lee AS， Kranzusch PJ， Cate JH （June 2015）. "eIF3 targets cell-proliferation messenger RNAs for ranslational activation or repression". Nature. 522 （7554）： 111-4.

[7]Schuller， AP; Wu， CC; Dever， TE; Buskirk， AR; Green， R （20 April 2017）. "eIF5A Functions Globally in Translation Elongation and Termination". Molecular Cell. 66 （2）： 194-205.e5. 2017.03.003.

[8]Allen GS， Frank J （February 2007）. "Structural insights on the translation initiation complex： ghosts of a universal initiation complex". Molecular Microbiology. 63 （4）： 941-50.1365-2958.2006.