Неканоническая инициация трансляции белков вирусов растений

Трансляцию вирусных РНК осуществляют клеточные рибосомы. Ниже будут рассмотрены некоторые механизмы неканонической трансляции, а. именно — инициации трансляции, характерные для ТБГ-содержащих вирусов. Но, прежде чем рассматривать отклонения от канонического пути, рассмотрим стандартные взаимодействия рибосомы с мРНК и факторами инициации трансляции в эукариотических клетках.

Описание механизма канонической инициации трансляции эукариот

Большинство клеточных мРНК содержит 5'кэп (m⁷G) и 3' поли-А хвост. Трансляция может быть разделена на четыре основных стадии, среди которых инициация, элонгация, терминация и рециклизация рибосом (H.Lodish et al. 2003).

Инициация начинается с узнавания 5' кэпа фактором инициации (eukaryotic ilongation factor, eIF) 4E, связывающим eIF4G, который, в свою очередь, несет eIF4A, eIF4B и поли-А-связывающий белок (poly (A) binding protein, PABP). PABP, благодаря связыванию с 3'лиА хвостом способствует рециклизации. Образовавшийся комплекс связывает 40S (малую) субъеденицу рибосомы в комплексе с eIF3, eIF1, eIF1A, eIF5 и eIF2-Met-tRNAi-GTP. Такой образовавшийся на 5' конце достаточно массивный комплекс начинает сканирование мРНК до того, как встретит первый AUG кодон. Сканирование обеспечивается хеликазой eIF4A и ее кофактором eIF4B, которые расплетают вторичную структуру 5"некодируемой области мРНК. eIF1 и eIF1A обеспечивают узнавание стартового кодона и его окружения. Как только AUG найден, eIF5 обеспечивает гидролиз GTP, Met-tRNAi оказывается в P сайте 40S рибосомной субъединицы, уходят eIF1, eIF2-GTP, eIF5. eIF5B и гидролиз GTP обеспечивают присоединение большой (80S) субъединицы рибосомы и тут же отсоединяются от комплекса. Трансляция переходит в фазу элонгации, и, вскоре после этого, отщепляются eIF3 и eIF4G. Процесс инициации трансляции был описан в большом количестве литературы, в частности, — Jackson et al. (2010), Andrew and Brierley (2012).

Во время элонгаци следующие триплеты распознаются в рибосомном А-сайте благодаря соответствующим тРНК, доставляемыми в А-сайт с помощью эукариотического фактора элонгации трансляции eEF1A. Как только кодон узнается правильной РНК, формируется пептидная связь (транспортировка растущей полипептидной цепочки из Р-сайта в А-сайт и присоединение ее к новой аминокислоте). Далее транслокация, катализируемая eEF2 перемещает деацелированную тРНК из А-сайта в Е-сайт, где происхоит отщепление последней от рибосомы, пептидил тРНК из А-сайта в Р-сайт, что так же способствует передвижению мРНК внутри рибосомы. Наконец, происходит открытие А-сайта для новой аминоацил-тРНК. Элонгация продолжается вплоть до достижения терминальных кодонов (в большинстве случаев это — UAG, UGA и UAA). (H.Lodish et al. Molecular Cell Biology, 2003).

Терминирующие кодоны узнаются эукариотическим фактором терминации (eukaryotic release factor, eRF) eRF1, который, совместно с eRF3 и GTP, терминирует трансляцию, отщепляет синтезированный белок от рибосомы. Рибосома снова разваливается на большую и малую субъединицы за счет гидролиза ATP, что управляется eIF3, eIF1 и eIF1, которые остаются ассоциированными с 40S субъединицей (H.Lodish et al. Molecular Cell Biology, 2003).

В большинстве случаев вирусные РНК, как и клеточные мРНК, являются функционально моноцистронными, т. е. могут служить матрицей для трансляции только 5'-проксимального гена. В то же время, вирусам чаще всего необходимо синтезировать несколько белков, необходимых для их репликативного цикла. Иногда это обеспечивается за счет продукции моноцистронных сгРНК, как, например в случае вирусов рода Closterovirus, или использования сегметированного генома, большая часть которых моноцистронна (н-р orthomyxoviruses). Другая распространенная стратегия — кодирование длинных полипептидов, которые вирусными или клеточными протеазами разрезаются на несколько функциональных белков (н-р faviviruses). Помимо этого, вирусы используют механизмы неканонической инициации трансляции, которые обеспечивают возможность синтеза нескольких белков с одной мРНК, что позволяет вирусам сильно сократить объемы своего генома с помощью, например, использования перекрывающихся ОРС (Andrew and Brierley 2012).