1. 번역 개시에서 PABP의 역할

모든 진핵생물의 mRNA는 1976년 초에 다음의 결과를 토대로 지적했습니다. 시험관 번역 실험, 5' 엔드 캡은 번역 효율성을 향상시킬 수 있습니다. 그 이후로 많은 연구에서 대부분의 mRNA의 번역이 캡 구조에 달려 있음이 확인되었습니다.

캡 외에도 대부분의 진핵생물 mRNA는 3' 말단에 폴리A 꼬리를 가지고 있습니다. 이는 많은 생체 내 실험과 매우 활동적인 생체외 번역 시스템에서 mRNA 폴리A 구조가 직접적으로 관련되어 있음이 관찰되었습니다. 번역 효율에 있어서, 폴리A가 있는 mRNA는 폴리A 꼬리가 없는 상응하는 mRNA보다 훨씬 더 효율적으로 번역됩니다. 5'-말단 캡과 3'-말단 폴리A는 mRNA의 번역 효율을 조화롭게 조절할 수 있습니다. 추가 연구에 따르면 진핵생물 번역이 시작되는 동안 폴리A는 PABP에 결합되어 PABP를 통한 번역에 영향을 미치는 것으로 나타났습니다.

PABP는 진핵생물에서 고도로 보존되어 있으며 4개의 RNA 인식 모티프(RNA 인식 모티프, RRM)를 포함하고 있습니다. Sachs et al.은 PABP가 번역 개시에 관여한다는 것을 처음으로 입증했습니다. PABP는 60S 하위 단위와 40S 하위 단위의 결합을 도와 80S 리보솜 형성을 촉진할 수 있습니다[5]. 생화학적 증거는 또한 번역 개시에서 PABP의 역할을 보여줍니다. 폴리A나 5'-말단 캡 구조는 모두 번역에 단독으로 작용할 수 없지만 PABP는 이 과정에서 캡과 개시 인자 사이의 상호 작용에 참여하여 시너지 효과를 발휘할 수 있습니다[3, 6]. PABP는 CBP와 직접적으로 상호작용하거나 중개자를 통해 간접적으로 상호작용할 수 있습니다(그림 1 참조). 이러한 상호작용을 통해 mRNA의 두 끝은 공간적으로 매우 가까워 루프를 형성합니다. 이는 폴리리보솜이 고리 모양임을 관찰한 40여년 전 전자현미경 실험 결과와 일치합니다. 아마도 진핵생물은 양쪽 말단의 상호작용을 통해 번역 효율성을 향상시킬 수 있습니다.

그림 1 번역 개시 mRNA의 두 말단 사이의 상호 작용

라이소자임의 in vitro 번역 시스템에 외인성 폴리A가 추가되면 단백질 합성이 억제됩니다. 이는 외인성 폴리A가 번역에 필요한 컴포넌트를 바인딩(squester)합니다. Gallie 등은 또한 캡 구조가 없는 mRNA의 억제 효과가 캡이 있는 mRNA의 억제 효과보다 크다는 사실을 발견했는데, 이는 5' 말단 캡이 있는 mRNA가 외인성 폴리A에 의해 쉽게 결합되는 구성 요소에 대해 효율적으로 경쟁할 수 있음을 나타냅니다. 더욱이, 정제된 eIF4F 및 eIF4B를 첨가하면 폴리A에 의한 억제 효과가 역전되었습니다. 이 외인성 폴리A에 의해 결합된 구성요소는 eIF4F와 eIF4B임을 알 수 있습니다. 이러한 요인들이 폴리A에 직접적으로 작용할 수 있지만, 폴리A에 대한 친화력은 PABP에 대한 친화력의 약 절반에 불과합니다[7]. 이에 대한 가장 가능성 있는 설명은 PABP/polyA 복합체와 각 인자 사이의 단백질-단백질 상호작용을 통해 eIF4F 및 eIF4B에 대한 폴리A의 결합이 완료된다는 것입니다.

효모와 식물에서 PABP는 eIF4F(eIFiso4F)의 큰 하위 단위 eIF4G(eIFiso4G)와 직접 상호 작용하여 40S 하위 단위가 mRNA에 결합하는 것을 촉진합니다[7, 8]. 그러나 포유류 PABP는 eIF4G와 직접 상호 작용하지 않습니다. 최근 eIF4G와 특정 상동성을 갖는 PABP 작용 단백질인 PAIP-1이 포유류에서 발견되었습니다. Craig 등[9]은 포유류 PABP와 eIF4A가 PAIP-1을 매개체로 사용하여 폴리A와 5'-UTR 사이의 브리지를 형성한다고 믿는 모델을 제안했습니다. 번역 개시는 다음 단계에 따라 완료됩니다: eIF4A는 eIF4G와 상호작용하여 5'-말단 캡에 모집되고, 캡은 차례로 eIF4A의 모집 반응을 촉진합니다(그림 1). 그런 다음 eIF4A는 PABP는 PAIP-1을 매개로 한다[4, 9 ]. 식물에서 eIF4F(eIFiso4F)와 eIF4B는 각각 폴리A에 대한 PABP의 친화성을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 폴리A에 대한 PABP의 결합 능력에도 상승적으로 영향을 미칠 수 있습니다. PABP, eIF4F 및 eIF4B 사이에는 기능적 상호 작용이 있어야 한다고 제안됩니다[7].

포유동물에서는 eIF4F의 함량이 낮습니다. 번역 효율을 높이기 위해 eIF4F는 PABP와 결합하여 각각 cap과 polyA에 대한 결합을 증가시킵니다.

PABP와 관련 개시 인자 사이의 분자 상호작용은 PABP 및 세포 간 mRNA의 농도에 의해 제어됩니다. 특정 농도에서 폴리A(아마도 PABP***와 함께 작용함)는 선택성을 증가시킬 수 있습니다. 시험관 내 mRNA. 또한 양쪽 말단에 PABP가 관여하는 분자간 상호작용은 번역 전 mRNA의 무결성을 확인하는 역할을 하여 불완전한 mRNA의 번역을 방지합니다. PABP가 개시 시 분자간 상호작용에 참여하는 또 다른 이유는 두 끝을 더 가깝게 만들어 재개시를 촉진하기 위한 것일 수 있습니다. 증거에 따르면 40S 하위 단위는 번역 후에도 여전히 mRNA에 결합되어 있으며 mRNA에 결합된 리보솜이 우선적으로 모집될 수 있습니다. GCN4 ORF의 업스트림에는 4개의 작은 업스트림 개방형 판독 프레임(suORF)이 있습니다. GCN4 mRNA의 원위 개방형 판독 프레임을 번역하기 위해, 40S 하위 단위는 근위 suORF의 번역 후에 mRNA에 결합된 상태로 유지됩니다. 첫 번째 suORF의 번역이 종료되고 60S 서브유닛이 분리됨에 따라 40S 서브유닛의 50%가 여전히 mRNA에 결합되어 계속 스캔되므로 번역 효율성이 향상됩니다.

번역이 종료된 후에도 40S 하위 단위는 여전히 mRNA의 3'-UTR에 결합되어 있어 재개시에 도움이 되며, 3'-UTR의 길이에 따라 결합 시간이 결정됩니다. 번역 효율이 낮은 mRNA는 종종 이 메커니즘을 사용하여 3'-UTR 길이가 다른 일련의 mRNA를 구성합니다. 3'-UTR 길이가 증가하면 번역 효율도 증가합니다. 3'-URT가 길수록 긴 리보솜은 번역이 종료된 후에도 3'-UTR에 결합되어 유지되어 모집 반응이 증가합니다. 더욱이, 이 과정에서 mRNA에 결합된 40S 서브유닛의 농도는 mRNA에서 분리된 40S 서브유닛의 농도보다 높습니다. PABP/polyA 복합체와 eIF4F/5' 엔드캡 복합체는 재모집을 촉진할 수 있습니다[4].

2. 양쪽 끝 사이의 상호작용은 mRNA 안정성을 향상시킵니다.

PABP와 CBP 사이의 상호작용은 효율적인 번역 개시를 촉진할 뿐만 아니라 mRNA의 무결성을 유지하는 데에도 중요한 역할을 합니다. 역할 [4, 9]. 효모와 포유류에서는 mRNA가 분해될 때 캡핑이 해제되기 전에 폴리A 제거가 발생합니다. PolyA가 먼저 분해되어 PABP가 mRNA에서 방출됩니다. PABP가 방출되면서 5'말단 캡이 디캡핑 효소 DcplP에 의해 절단되고 전체 mRNA가 5'→3' RNA에 의해 빠르게 분해됩니다. 엑소-리보솜 엑소뉴클레아제 XrnlP. mRNA에서 PABP가 방출되면 5' 말단 캡이 공격에 취약해지며 PABP는 이 과정에서 보호 역할을 합니다. PABP는 식물 eEF4F와 캡 구조의 결합을 향상시킬 수 있으며, 이는 PABP가 eIF4E와 캡의 조합을 안정화하여 기능을 발휘하기 위한 매개체로 eIF4G를 사용함을 나타냅니다[2]. 포유동물에서는 5'-말단 캡이 분해되기 전에 mRNA에서 폴리A가 제거되는데, 이는 PABP가 PAIP-1을 매개체로 사용하여 캡에 대한 eIF4F의 결합을 촉진하고 보호 효과를 발휘할 수 있음을 나타냅니다[4].

3. mRNA의 양쪽 말단의 기능적 효과 조절

mRNA의 5' end cap과 polyA 사이의 상호작용을 조절하는 내부 및 외부 요인은 다양합니다. 예를 들어 단백질 변형. 포유류 세포 배양에서는 혈청 기아 동안 번역이 억제되고 반대로 번역이 활성화됩니다. 또한, 인슐린은 또한 혈청이 부족한 세포에서 cap/polyA 시너지 효과를 유도하여 농도 의존적 ​​방식으로 번역을 촉진할 수 있는데, 이는 PABP와 cap 관련 개시 인자(아마도 PAIP-1에 의해 매개됨) 사이의 상호 작용의 조절을 나타냅니다. 는 인슐린 신호전달 경로의 일부이다. 인슐린의 조절은 단백질 인자의 인산화를 통해 이루어질 수 있습니다[4]. 예를 들어 eIF4E의 인산화를 유도하여 캡에 대한 결합 활성을 증가시키거나 eIF4E 결합 단백질의 인산화를 유도하여 eIF4E와 eIF4G 간의 상호 작용을 촉진하고 궁극적으로 eIF4A의 모집에 영향을 미쳐 eIF4A와의 상호 작용에 영향을 줄 수 있습니다. PAIP-1은 양쪽 끝 사이에서 "브리지" 역할을 합니다.

유전자 유도는 양쪽 말단의 기능적 효과를 조절하는 또 다른 방법입니다. 연구에 따르면 T 세포가 활성화되어 PAIP-1의 생성을 유도한 다음 PAIP-1이 iPABP(polyA 결합 단백질)와 상호작용하는 것으로 나타났습니다[9].

열 충격과 같은 환경적 스트레스는 한편으로는 폴리리보솜을 빠르게 분해할 수 있고, 다른 한편으로는 mRNA의 캡과 폴리A 사이의 상호 작용을 감소시켜 번역을 억제할 수 있습니다. 열 충격은 포유류 eIF4E 및 eIF4B[1] 및 식물 eIF4B[11]의 탈인산화와 같이 PABP에 결합된 단백질 인자의 인산화 상태를 직접 또는 간접적으로 변화시킵니다. 탈인산화는 식물에서 eIF4F/eIF4B 및 PABP의 효과를 직접적으로 감소시키는 반면, 포유동물에서는 eIF4A의 모집 및 PAIP-1/PABP/polyA 복합체와 상호작용할 수 있는 기회를 간접적으로 감소시켜 번역을 억제합니다.

4. 폴리A와 캡이 없는 mRNA의 말단 사이의 상호 작용 기능

연구에 따르면 폴리A나 캡 구조가 없는 mRNA의 두 끝도 상호 작용하고 역할을 할 수 있는 것으로 나타났습니다. 번역에서의 역할. 포유동물의 세포 주기 조절 히스톤의 mRNA에는 폴리A가 없지만 5' 말단에 보존된 줄기 루프 구조가 있으며, 이는 다양한 세포 주기 동안 핵세포질 수송과 mRNA 안정성 조절에 필요합니다. 또한 줄기-루프 구조로 종결된 포유동물 mRNA의 효율적인 번역에도 필요하다는 사실도 밝혀졌습니다. 이 스템-루프 구조는 폴리A와 유사하며 조절 인자로서의 활성은 5'-엔드 캡에 따라 달라집니다. 이는 5'-엔드 캡과 스템-루프 구조 사이에도 상호작용이 있음을 나타냅니다.

5'말단 대신 5'말단 리더 서열을 사용하는 토마토 에칭 바이러스의 게놈 mRNA와 같이 폴리A가 있지만 5'말단 캡이 없는 일부 mRNA가 바이러스에서 발견되었습니다. 모자 번역 기능에 독립성을 부여합니다. 5' 리더 서열은 5' 캡처럼 폴리A와 상호작용하여 효율적인 번역을 촉진합니다. 그러나 이러한 상호작용을 매개하는 단백질 인자와 세포주기 조절 히스톤 mRNA의 양쪽 끝의 역할에 대해서는 아직 연구가 진행 중입니다.

캡이나 폴리A가 없는 일부 다른 바이러스 RNA의 두 끝 부분도 기능적 상호작용을 보여주며, 이는 캡이나 폴리A와 유사한 기능을 가진 RNA 요소를 통해 수행됩니다. 예를 들어, TMV mRNA에는 폴리A가 없지만 폴리A와 유사한 기능을 갖는 20bp 3'-UTR이 포함되어 있습니다. 이 3'-UTR은 5개의 RNA 유사 매듭과 tRNA 유사 말단 영역을 포함하는 고차 구조입니다.

폴리A 또는 캡 구조가 없는 비보존 mRNA에 대한 연구는 개방형 판독 프레임 측면에 있는 서열 요소가 효율적인 번역의 기초가 될 수 있음을 시사합니다. 원형 mRNA 번역은 단백질 번역 메커니즘 중 하나일 수 있으며, 이에 대한 추가 연구가 필요합니다.