Místo vstupu do vnitřního ribozomu - Internal ribosome entry site

An interní místo vstupu ribozomu, zkráceně IRES, je RNA prvek, který umožňuje překlad iniciace způsobem nezávislým na čepici, jako součást většího procesu proteosyntéza. v eukaryotický překlad, iniciace se obvykle vyskytuje na 5 'konci molekul mRNA, protože pro sestavení iniciačního komplexu je vyžadováno rozpoznání 5' čepičky. Umístění prvků IRES je často v 5'UTR, ale mohou se vyskytovat i jinde v mRNA.

Dějiny

Sekvence IRES byly poprvé objeveny v roce 1988 v poliovirus (PV) a genomy RNA viru encefalomyokarditidy (EMCV) v laboratořích Nahum Sonenberg[1] a Eckard Wimmer,[2] resp. Jsou popsány jako odlišné oblasti molekul RNA, které jsou schopné přijímat eukaryotický ribozom k mRNA. Tento proces je také známý jako překlad nezávislý na čepici. Ukázalo se, že prvky IRES mají odlišný charakter sekundární nebo dokonce terciární struktura, ale podobné strukturální rysy na úrovních obou hlavní nebo sekundární struktura, která je společná pro všechny segmenty IRES, dosud nebyla hlášena.

V posledních letech se stalo běžným, že molekulární biologové vložili sekvence IRES do svých vektorů, aby umožnili expresi dvou genů z jediného vektoru - například transgenu a fluorescenční reportérové ​​molekuly. První gen je iniciován na normální 5 'čepici a druhý gen je iniciován na IRES.[3]

Umístění

Poliovirus genom, včetně IRES.

IRES se běžně nacházejí v 5'UTR z RNA viry a umožnit translaci RNA způsobem nezávislým na čepici. Nicméně, mRNA virů z Dicistroviridae rodina má dva otevřené čtecí rámce (ORF) a překlad každého z nich je řízen dvěma odlišnými IRES. Bylo také navrženo, že některé savčí buněčné mRNA mají také IRES. Předpokládá se, že tyto buněčné prvky IRES jsou lokalizovány v eukaryotických mRNA kódujících geny, kterých se účastní stres přežití a další procesy rozhodující pro přežití. V září 2009 bylo hlášeno, že 60 živočišných a 8 rostlinných virů obsahuje prvky IRES a 115 mRNA sekvencí, které je také obsahují.[4]

Aktivace

IRES jsou viry často používány jako prostředek k zajištění aktivní virové translace, když je inhibována translace hostitele. Tyto mechanismy inhibice translace hostitele jsou různé a mohou být iniciovány jak virem, tak hostitelem, v závislosti na typu viru. Avšak v případě většiny pikornavirů, jako je poliovirus je toho dosaženo virovým proteolytickým štěpením eIF4G aby nemohla komunikovat s 5'cap vazebný protein eIF4E. Interakce mezi těmito dvěma eukaryotické iniciační faktory (eIF) eIF4F komplex je nezbytný pro 40S ribozomální podjednotka nábor na 5 'konec mRNA, o kterém se dále předpokládá, že k němu dochází u mRNA 5'cap do 3 ' poly (A) ocas tvorba smyčky. Virus může dokonce použít částečně rozštěpený eIF4G pomoci při zahájení překladu zprostředkovaného IRES.

Buňky mohou také používat IRES ke zvýšení translace určitých proteinů během mitóza a programovaná buněčná smrt. Při mitóze dochází k defosforylaci buněk eIF4E takže má malou afinitu k 5'cap. V důsledku toho 40S ribozomální podjednotka a translační aparát je přesměrován na IRES v mRNA. Mnoho proteinů zapojených do mitózy je kódováno IRES mRNA. Při programované buněčné smrti štěpení eIF-4G, které je prováděno viry, snižuje translaci. Nedostatek esenciálních proteinů přispívá ke smrti buňky, stejně jako translace sekvencí mRNA IRES kódujících proteiny podílející se na kontrole buněčné smrti.[5]

Mechanismus

Mechanismus virové funkce IRES je doposud lépe charakterizován než mechanismus buněčné funkce IRES,[6] což je stále předmětem debaty. HCV - jako IRES přímo váží 40S ribozomální podjednotka k umístění jejich iniciátorových kodonů jsou umístěny v ribozomální P-místo bez skenování mRNA. Tyto IRES stále používají eukaryotické iniciační faktory (eIF) eIF2, eIF3, eIF5, a eIF5B, ale nevyžadují faktory eIF1, eIF1A a eIF4F komplex. V porovnání, pikornavirus IRES neváží 40S podjednotku přímo, ale místo toho se získávají prostřednictvím eIF4G -závazné místo.[7] Mnoho virových IRES (a buněčných IRES) vyžaduje pro zprostředkování své funkce další proteiny, známé jako IRES transčinné faktory (ITAF). Role ITAF ve funkci IRES je stále předmětem šetření.

Testování

Testování konkrétní sekvence RNA na aktivitu IRES závisí na a bicistronic reportérská konstrukce. Když je segment IRES umístěn mezi dvěma reportérovými otevřenými čtecími rámci v eukaryotické molekule mRNA (bicistronická mRNA), může řídit translaci oblasti kódující downstream protein nezávisle na struktuře 5'-cap vázané na 5 'konec molekuly mRNA. V takovém uspořádání se oba proteiny produkují v buňce. První reportérový protein umístěný v prvním cistronu je syntetizován iniciací závislou na čepici, zatímco iniciace translace druhého proteinu je směrována prvkem IRES umístěným v intercistronickém spaceru mezi dvěma oblastmi kódujícími reportérový protein. Existuje však několik upozornění, které je třeba si uvědomit při interpretaci dat vytvořených pomocí konstrukcí reportérů bicistronic.[8] Existuje například několik známých případů chybně nahlášených prvků IRES, které byly později uznány jako promotér -obsahující regiony. Více nedávno se ukázalo, že místa akceptoru sestřihu v několika předpokládaných IRES segmentech jsou odpovědná za zjevnou funkci IRES v bicistronických reportérových testech.[9]

Aplikace

Sekvence IRES se v molekulární biologii často používají ke společné expresi několika genů pod kontrolou stejného promotoru, čímž napodobují polycistronickou mRNA. Na jeden plazmid lze vložit několik genů a stačí jeden promotor a terminátor. V posledních desetiletích byly sekvence IRES použity k vývoji stovek geneticky modifikovaných zvířecích modelů hlodavců. [10] Výhodou této techniky je, že je zlepšena manipulace s molekulami. Problém IRES spočívá v tom, že exprese pro každý následující gen je snížena.[11]

Dalším virovým prvkem pro stanovení polycistronické mRNA v eukaryotech jsou 2A-peptidy. Zde se genová exprese nesnižuje.[12]

Typy

Interní místa vstupu ribozomu do virových genomů[7]
VirusIRES
PoliovirusPikoravirus IRES
RhinovirusPikoravirus IRES
Virus encefalomyokarditidyPikoravirus IRES
Virus slintavky a kulhavkyAfhovirus IRES
Herpetický virus spojený s Kaposiho sarkomem (KSHV)Herpesvirus spojený s Kaposiho sarkomem IRES
Virus hepatitidy A.Hepatitida A IRES
Virus hepatitidy C.Hepatitida C IRES
Virus klasického moru prasatPestivirus IRES
Virus bovinního virového průjmuPestivirus IRES
Příteli myší leukémie
Moloney myší leukémie (MMLV)
Virus Rousova sarkomu
Virus lidské imunodeficience
Virus střeva Plautia staliMísto vstupu interního ribozomu kripaviru (IRES)
Virus paralýzy kriketuMísto vstupu interního ribozomu kripaviru (IRES)
Virus triatomuMísto vstupu interního ribozomu kripaviru (IRES)
Virus Rhopalosiphum padiMísto vstupu interního ribozomu do viru Rhopalosiphum padi (IRES)
Virus Marekovy choroby MDV5'Leader IRES a intercistronic IRES v rodině 1,8 kb okamžitých časných přepisů (IRES) 1
Interní místa vstupu ribozomu v buněčných mRNA[7]
Proteinový typProteiny
Faktory růstuFibroblastový růstový faktor (FGF-1 IRES a FGF-2 IRES ), Růstový faktor odvozený z krevních destiček B (PDGF /c-sis IRES ), Cévní endoteliální růstový faktor (VEGF IRES ), Inzulinový růstový faktor 2 (IGF-II IRES )
Transkripční faktoryAntennapedia, Ultrabithorax, MYT-2, NF-kB potlačující faktor NRF, AML1 /RUNX1 Gtx homeodoménový protein
Překladové faktoryEukaryotický iniciační faktor 4G (elF4G) a, eukaryotický iniciační faktor 4Gl (elF4Gl) a, Eukaryotický iniciační faktor translace 4 gama 2 (EIF4G2, DAP5)
Onkogenyc-myc, L-myc, Pim-1, Protein kináza p58PITSLRE, p53
Transportéry /receptoryTransportér kationtových aminokyselin (SLC7A1, Cat-1), Jaderná forma Zářez 2, Napěťově řízený draslíkový kanál
Aktivátory apoptózaFaktor aktivující apoptotickou proteázu (Apaf-1 )
Inhibitory apoptózaX-vázaný inhibitor apoptózy (XIAP ), HIAP2, Bcl-xL, Bcl-2
Proteiny lokalizované v neuronální dendrityČinnost regulovaný cytoskeletální protein (ARC), α-podjednotka kináza závislá na kalcium-kalmodulinu II dendrin, Protein spojený s mikrotubuly 2 (MAP2), neurogranin (RC3), Amyloidní prekurzorový protein
OstatníImunoglobulin těžký řetěz vazebný protein (BiP), Protein tepelného šoku 70 β-podjednotka mitochondriální H + -ATP syntázy, Ornithin dekarboxyláza, konexiny 32 a 43, HIF-1α, APC

Viz také

Reference

  1. ^ Pelletier J, Sonenberg N (červenec 1988). "Interní zahájení translace eukaryotické mRNA řízené sekvencí odvozenou od poliovirové RNA". Příroda. 334 (6180): 320–325. doi:10.1038 / 334320a0. PMID  2839775. S2CID  4327857.
  2. ^ Jang SK, Kräusslich HG, Nicklin MJ, Duke GM, Palmenberg AC, Wimmer E (srpen 1988). „Segment 5 'nepřekládané oblasti viru encefalomyokarditidy RNA RNA řídí vnitřní vstup ribozomů během in vitro translace“. Journal of Virology. 62 (8): 2636–2643. doi:10.1128 / jvi.62.8.2636-2643.1988. PMC  253694. PMID  2839690.
  3. ^ Renaud-Gabardos, E; Hantelys, F; Morfoisse, F; Chaufour, X; Garmy-Susini, B; Prats, AC (20. února 2015). „Interní vektory založené na vstupním ribozomu pro kombinovanou genovou terapii“. World Journal of Experimental Medicine. 5 (1): 11–20. doi:10,5493 / wjem.v5.i1.11. PMC  4308528. PMID  25699230.
  4. ^ Mokrejs M, Vopálenský V, Kolenaty O, Masek T, Feketová Z, Sekyrová P, Skaloudová B, Kríz V, Pospísek M (leden 2006). „IRESite: databáze experimentálně ověřených struktur IRES (www.iresite.org)“. Výzkum nukleových kyselin. 34 (Problém s databází): D125–30. doi:10.1093 / nar / gkj081. PMC  1347444. PMID  16381829.
  5. ^ Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K, Walter P (2002). Molekulární biologie buňky. Věnec věnec. str.447–448. ISBN  978-0-8153-4072-0.
  6. ^ López-Lastra M, Rivas A, Barría MI (2005). „Proteinová syntéza u eukaryot: rostoucí biologický význam iniciace translace nezávislé na víčku“. Biologický výzkum. 38 (2–3): 121–146. CiteSeerX  10.1.1.463.2059. doi:10,4067 / s0716-97602005000200003. PMID  16238092.
  7. ^ A b C Hellen CU, Sarnow P (červenec 2001). „Vnitřní místa vstupu ribozomu v eukaryotických molekulách mRNA“. Geny a vývoj. 15 (13): 1593–1612. doi:10,1101 / gad.891101. PMID  11445534.
  8. ^ Kozak M (2005). „Druhý pohled na sekvence buněčných mRNA, o kterých se říká, že fungují jako vnitřní místa vstupu ribozomu“. Výzkum nukleových kyselin. 33 (20): 6593–6602. doi:10.1093 / nar / gki958. PMC  1298923. PMID  16314320.
  9. ^ Baranick BT, Lemp NA, Nagashima J, Hiraoka K, Kasahara N, Logg CR (březen 2008). „Sestřih zprostředkovává aktivitu čtyř domnělých vstupních míst buněčného vnitřního ribozomu“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 105 (12): 4733–4738. doi:10.1073 / pnas.0710650105. PMC  2290820. PMID  18326627.
  10. ^ Shaimardanova, AA; Chulpanova, DS (2019). "Výroba a aplikace multicistronických konstruktů pro různé terapie nemocí člověka". Lékárnictví. 11 (11): 580–590. doi:10,3390 / farmacie11110580. PMID  31698727.
  11. ^ Michnick, Donna; Wasley, Louise C .; Davies, Monique V .; Kaufman, Randal J. (1991-08-25). „Vylepšené vektory pro stabilní expresi cizích genů v savčích buňkách pomocí nepřekládané vedoucí sekvence z viru EMC“. Výzkum nukleových kyselin. 19 (16): 4485–4490. doi:10.1093 / nar / 19.16.4485. ISSN  0305-1048. PMC  328638. PMID  1653417.
  12. ^ Xia, Qingyou; Ping Zhao; Wang, Riyuan; Wang, Feng; Wang, Yuancheng (05.11.2015). „2A samo-štěpící se multigenový expresní systém na bázi peptidů v bource morušového Bombyx mori“. Vědecké zprávy. 5: 16273. doi:10.1038 / srep16273. PMC  4633692. PMID  26537835.

externí odkazy