Wie kritisch ist die Ribosomenbindungsstelle im Verhältnis zum Startcodon bei der prokaryotischen Translation?

Wie entscheidend für eine effiziente Translation ist bei der prokaryotischen Translation die Lage der Ribosomenbindungsstelle relativ zum Startcodon?

Idealerweise sollte es von Anfang an -7b entfernt sein. Wie wäre es, wenn es -9 Basen entfernt ist oder sogar noch mehr? Wird dies eine beobachtbare Auswirkung auf die Übersetzung haben?

Antworten (1)

Ich habe eine ältere Abhandlung zu diesem Thema gefunden (von 1994). Hier ist eine Zusammenfassung:

Bestimmung des optimal ausgerichteten Abstands zwischen der Shine-Dalgarno-Sequenz und dem Translationsinitiationscodon von Escherichia coli-mRNAs. von Chen, Bjerknes, Kumar und Jay. Nukleinsäureforschung. (1994)

Experiment

Die Autoren konstruierten eine Reihe von synthetischen RBS-Regionen, die die Länge variierten, die eine synthetische 5-nt-Shine-Dalgarno-Sequenz vom Startcodon trennte. Die Größe der Regionen variierte zwischen 2 und 17 nt. Sie untersuchten die Aktivität eines nachgeschalteten Enzyms, der Chloramphenicol-Acetyltransferase.

Fazit

Die Autoren kamen zu dem Schluss, dass der optimale Abstand zwischen einer 5-nt-Konsensus-Shine-Dalgarno-Sequenz (5'-GAGGT-3') und der Startstelle 5 nt betrug . Hinweis: Diese synthetische SD wurde aus den letzten 5 nt einer 9 nt SD-Konsensussequenz hergestellt. Sie testeten auch einen synthetischen SD, der aus den ersten 5 nt (5'-TAAGG-3') des Konsensus-SD hergestellt wurde. In diesem Fall fanden sie heraus, dass der optimale Abstand 9 nt betrug .

Der optimale Abstand hängt also davon ab, wo Ihre gewünschte SD mit der Konsens-SD-Sequenz übereinstimmt, die optimalerweise 5 nt von Anfang an ist. Lesen Sie weiter für weitere Details.

Einzelheiten

  • Die RBS wird als groß angesehen und erstreckt sich über 20 bp auf beiden Seiten einer Shine-Dalgarno (SD)-Kernsequenz. Heutzutage höre ich oft von der RBS, die in Größen gesprochen wird, die der SD entsprechen. Im Sprachgebrauch des Papiers wird Ihre Frage also umformuliert als "Wie wirkt sich die Entfernung der SD vom Startcodon auf die Translation aus?"

  • die kanonische SD-Sequenz, auf die in der Veröffentlichung verwiesen wird, ist 5'-UAAGGAGGU-3'. Es ist 9 Nukleotide lang. Die Abstände zwischen dem SD und dem Startcodon sind definiert als die Anzahl der Nukleotide, die das 3'-Uracil des SD vom Adenin des Start-AUG trennen.

  • Beispiel: In der folgenden mRNA beträgt der Abstand 5 nt

           5'.....UAAGGAGGUnnnnnAUG......3'

  • Wenn die SD keine vollständigen 9 nt lang ist, liegt der Abstand zwischen der Position, an der das kanonische Uracil auftreten würde . Im folgenden Beispiel wird die Distanz immer noch mit 5 nt berechnet:

           5'.....UAAGGAnnnnnnnnAUG......3'

  • der durchschnittliche Abstand zwischen der SD-Sequenz und dem Startcodon variiert beträchtlich und beträgt im Durchschnitt 7 nt. Andere Forscher haben herausgefunden, dass der "optimale" Abstand (ca. 1994) im Bereich von 5 bis 13 nt lag.

  • die SD-Stelle komplementiert mit der Region auf der 16s-rRNA. Das Startcodon komplementiert das Anticodon der fMet-tRNA, die in die ribosomale P-Stelle geladen wird. Es gibt also zwei unterschiedliche Stellen auf dem Ribosom, die die mRNA während der Translationsinitiation kontaktieren.

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Notiz

Ich habe es genossen, diese Frage zu erforschen, weil ich fand, dass mein eigenes Wissen solide empirische Details vermissen ließ. Ich habe außer dieser kleinen beleuchteten Rezension keine direkten Erfahrungen mit diesem Thema.

Danke für deine ausführliche Antwort. Ich glaube, ich habe nicht bemerkt, dass das RBS-Ende von dieser U-Basis bestimmt wird. Bedeutet dies, dass es 100 Basen von ATG entfernt sein kann? Ich stelle diese Frage eigentlich, weil ich ein synthetisches Konstrukt habe, auf dem RBS annotiert ist, und einige von ihnen sind wirklich weit vom Startcodon entfernt. Was entweder eine falsche Annotation der folgenden Gensequenz bedeuten könnte oder dass die Entfernung nicht so wichtig ist. Aber andererseits dachte ich, dass das Ribosom sowohl das RBS als auch das Startcodon gleichzeitig binden sollte, was ich bei langen Sequenzen nicht für möglich halte.
Worüber ich mir auch Sorgen mache, sind Sekundärstrukturen, die zwischen der RBS und der Upstream- oder Downstream-Sequenz gebildet werden. Irgendwelche Gedanken dazu? Danke noch einmal :-)
Die Hauptidee in dem Artikel von Chen, auf den ich verwies, war, dass der Abstand zwischen der Shine-Dalgarno-Sequenz / RBS und dem Startcodon durch den physikalischen Abstand zwischen den komplementären Stellen auf der RBS begrenzt ist. Dieser Abstand scheint etwa 5 bp zu betragen. Laut diesem alten Artikel sollte das Ribosom überhaupt nicht in der Lage sein, effektiv zu binden, wenn die RBS weiter als sagen wir 20 bp von der Startstelle entfernt ist, da sich das Ribosom nicht weit genug ausdehnen kann, um beide Stellen gleichzeitig zu erreichen. Neue Forschungsergebnisse könnten zu diesem Thema mehr zu sagen haben.
Die Sekundärstruktur hat einen erheblichen Einfluss auf die Übersetzungseffizienz. Viele Riboregulatoren wurden beobachtet und entworfen. Beispielsweise kann man eine Stamm-Schleifen-Sekundärstruktur um die RBS-Region entwerfen. Die Region komplementiert sich selbst in Abwesenheit eines bestimmten Aptamers oder eines starken Komplements. In ihrer Gegenwart entfaltet es sich und ermöglicht dem Ribosom den Zugang zur RBS und Startstelle. Gentechnisch hergestellte Riboregulatoren ermöglichen die posttranskriptionelle Kontrolle der Genexpression. Isaccs et al., Nature, 2004 .
Es war eine interessante Frage, der ich nachgehen wollte, und ich habe es genossen, darüber zu lernen. Ich hoffe, dass hier mehr gut gestellte und provokative Fragen gestellt werden und dass die Benutzer darauf reagieren, indem sie tatsächlich hinausgehen und sich in die Primärliteratur einlesen. Anscheinend kommt das gelegentlich vor. Kühl.
Ja, wir werden sehen, wohin diese Seite führt ... Ich probiere auch den RBS-Rechner aus :-) Es wäre schön, wenn wir uns mehr unterhalten würden. Würden Sie mir unter gvandova@stanford.edu schreiben?
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