Cấu trúc tinh thể ribosome và sự tổng hợp protein potx

và cộng sự đã cung cấp mô hình chung đầu tiên về sự tương tác của tiểu đơn vị 80S ribosome và HCV IRES.. Trong bài thứ hai cũng trên cùng tạp chí, Schlünzen và cộng sự đã mô tả cấu trú

Cấu trúc tinh thể ribosome và sự tổng

hợp protein

Sự khởi đầu dịch mã

và chuyển vận protein là hai quá trình bắt đầu và kết thúc tiến trình tổng hợp protein Trong một bài báo đăng trên tờ Structure số ra

tháng 11 năm 2005, Boehringer

và cộng sự đã cung cấp mô hình chung đầu tiên về sự tương tác của tiểu đơn vị 80S ribosome và HCV IRES Trong bài thứ hai

cũng trên cùng tạp chí,

Schlünzen và cộng sự đã mô tả cấu trúc của tiểu đơn vị 50S

ribosome của vi khuẩn với vùng gắn ribosome của nhân tố kích họat (trigger factor TF) với

những kết luận đáng kinh ngạc

về chức năng của TF

Sự sinh tổng hợp protein có liên

quan chặt chẽ với sự điều hoà phản ứng hình thành liên kết peptide

trong bộ máy có độ phức tạp rất

cao – ribosome Trong vài năm

nay, các cấu trúc của ribosome đã cung cấp những hiểu biết sâu sắc về cách mà ribosome làm việc Tuy

nhiên, những cấu trúc đã được giải quyết và các cấu trúc được tái xây dựng từ kính hiển vi điện tử

nghiệm lạnh (gọi tắt là cấu trúc

EM – xem giải thích về

cryo-EM tại

http://www.medterms.com/script/m ain/art.asp?articlekey=24623) để lại nhiều lỗ hổng trong kiến thức của chúng ta về những bước cơ bản

trong dịch mã Ví dụ, chúng ta chỉ mới bắt đầu hiểu biết các cơ chế

của sự khởi đầu dịch mã và cơ sở cấu trúc của sự cuộn gấp protein và

sự chuyển vận ở mức độ đồng dịch

mã Trong bài này, hai nhóm

nghiên cứu đã thể hiện những tiến

bộ quan trọng trong các lĩnh vực này

Ở Eukaryote, nhiều bộ máy dịch

mã đã bị virus RNA chiếm lấy như

là một phần của chu trình sống của chúng Sự tiếp quản thường liên

quan đến những nhân tố cis (hoạt động theo dạng cis) nằm trong

vùng 5’ không dịch mã của mRNA virus, gọi là các vị trí đi vào bên trong ribosome (internal ribosome entry sites - IRES) IRES của virus đưa tiểu đơn vị 40S tiến vào chính xác codon khởi đầu mà không cần

bổ sung đầy đủ các nhân tố khởi

đầu còn lại Những IRES cho phép virus bỏ qua nhiều cơ chế bảo vệ

của tế bào mà nó làm tắt sự khởi

đầu dịch mã phụ thuộc mũ 5’ khi bị nhiễm hay dưới những điều kiện

stress khác Ví dụ, nhân tố IRES

của virus viêm gan C (HCV) chỉ

đòi hỏi tối thiểu eIF3, eIF2 và

eIF5B để khởi đầu dịch mã

Cơ sở phân tử cho sự khởi đầu dựa vào IRES của HCV hiện chỉ mới

bắt đầu được tập trung nghiên cứu Nhiều nhóm đã phân rã IRES của HIV có kích thước khỏang 340

nucleotide thành nhiều tiểu vùng và xác định cấu trúc của chúng bằng NMR và tia X Những cấu trúc này

đã cung cấp những chi tiết ở mức

độ nguyên tử về cách các phần của IRES cuộn gấp Tất nhiên nếu

không có những đối tác tương tác chính xác – eIF3 và tiểu đơn vị 40S – những cấu trúc tiểu vùng này

không thể hiện cấu hình mang chức năng của IRES Một cấu trúc

cryo-EM của phức hợp IRES HCV-tiểu đơn vị 40S đã được xác định vào khoảng 20 Å, hé mở rằng khi IRES

có độ dài đầy đủ gắn lên thì đồng thời sẽ khóa vị trí thóat của

mRNA

Boehringer và cộng sự hiện đã

"tháo gỡ" được những bước sau

cùng của sự khởi đầu dịch mã liên

quan IRES ở HCV Các tác giả giữ IRES HCV trên ribosome 80S của người ngay tại thời kỳ chuyển tiếp

từ lúc khởi đầu đến lúc kéo dài

bằng cách dùng cycloheximide, cho phép họ thu nhận cấu trúc của phức hợp có độ phân giải 20 Å bằng kỹ thuật cryo-EM Dùng các cấu trúc

có độ phân giải ở mức độ nguyên

tử của các tiểu vùng IRES và một

mô hình của tiểu đơn vị 40S nấm men dựa xây dựng bằng kỹ thuật

cryo-EM, các tác giả xây dựng một

mô hình tổng quát cho việc IRES HCV gắn vào ribosome (xem hình 1)

(A) Hình minh họa phức hợp khởi

sự IRES của HIV và tiểu đơn vị 80S của người dựa trên kỹ thuật

cryo-EM Đầu tiểu đơn vi6 nhỏ, rãnh và

vị trí để RACK1 gắn vào được chỉ

rõ Vùng II của IRES (PDB mã hóa 1P5P) tương tác với cánh L1 trên tiểu dơn vị 60S các tọa độ PDB

được sử dũng để làm mẫu cho các vùng khác của IRES cũng được mô

tả chi tiế.Tiểu đơn vị lớn (60S) màu xanh dương; tiểu đơn vị nhỏ (40S) màu vàng; IRES của HIV màu xanh

lá câu

(B) Mô hình cận cảnh cấu trúc dựa trên tia X của phức hợp tiểu đơn vi50S và TF-BD của D

radiodurans Khe rãnh kỵ thủy,

màu xám, mở cho TF-BD gắn lên tiểu đơn vị 50S được chỉ định bằng muỗi tên Chuỗi polypeptide sơ

sinh rời khỏi kênh thóat và đi vào khe rãnh kỵ thủy Tiểu đơn vị lớn (50S) màu xanh dương; TF-BD

hoặc đuôi TF màu hồng da cam, đầu và đuôi của TF nằm trong

phức hợp màu đỏ

Trong cấu trúc của phức hợp IRES HCV/ribosome 80S, IRES tương

tác với phần cánh tay L1 của tiểu đơn vị lớn 60S Sự quan sátnày khá

là hấp dẫn, khi sự tương tác này

mang một vài điểm tương đồng với

sự tương tác của IRES của virus

gây liệt ở dế với vùng cánh tay L1,

mà các chức năng khác là khác biệt hoàn toàn Phần cánh tay L1 di

chuyển ở một bên trong suốt sự

chuyển vị tRNA và mRNA, cho

thấy rằng IRES được sử dụng cho chức năng bình thường của phần

cánh tay L1 để thuận tiện cho việc loại bỏ IRES sau khi khởi sự

Hai khía cạnh của cấu trúc

cryo-EM này sẽ cần thêm các nghiên

cứu thực nghiệm trong tương lai

Đầu tiên, phức hợp được bắt giữ

này thiếu các tRNA gắn Đây là

một điều đáng ngạc nhiên, khi nó được mong đợi là được nhìn thấy tRNA gắn vào vị trí P trong phức hợp khởi sự Thứ hai, phức hợp

80S-IRES có sự gắn protein điều

hoà RACK1 ở mức độ thấp

RACK1 gắn vào phần đầu của tiểu đơn vị nhỏ của ribosome và đáp

ứng như là một mối liên kết giữa

tín hiệu điều hoà tế bào và sự dịch

mã Vai trò chính xác của RACK1 trong con đường tín hiệu vẫn chưa được biết rõ, và vai trò của nó trong hiệu quả dịch mã từ IRES HCV

vẫn chưa được khám phá

Một ít giây sau khi sự dịch mã bắt đầu, chuỗi polypeptide mới sinh bắt đầu xuất hiện từ một lối ra (kênh

thóat) trên ribosome Sự xuất hiện này là một sự kiện lớn cho bất kỳ protein nào và sẽ xác định số phận sau cùng của nó ở vi khuẩn, hai hệ thống riêng biệt tương tác với lối ra trên ribosome để đưa đến sự cuộn gấp và chuyển vận protein ngay

đồng thời với quá trình dịch mã các protein này Thành phần nhận biết tín hiệu (signal recognition particle – SRP) nhận diện chuỗi mới sinh ban đầu mà nó sẽ trở thành các

protein trong màng Còn chuỗi mới sinh mà điểm cuối của nó là tế bào chất hay đi đến quá trình tiết sau

dịch mã được nhận ra bởi các nhân

tố khởi sự (TF), một chaperone đa chức năng hoạt động bổ trợ với

chaperone DnaK

Vào năm ngoái, các cấu trúc của

TF đơn độc và vùng gắn ribosome của TF mà nó sẽ gắn với tiểu đơn

vị 50S của Archae đã cung cấp

hình ảnh cấu trúc đầu tiên về cách

mà TF giúp sự cuộn gấp protein

của chuỗi polypeptide mới sinh

Dùng cấu trúc TF-BD/tiểu dơn vị 50S của Archae như một bản mẫu, Ferbitz và cộng sự đề xuất một mô hình trong đó TF hình thành “nôi”

kị thủy phủ lên lối ra Cái nôi này giúp protein cuộn gấp bằng cách

phủ quanh nó một thể tích có kích

cỡ xấp xỉ bằng vùng protein đơn

Cấu trúc được công bố của TF để lại hai vấn đề chưa được giải quyết Đầu tiên, cấu trúc của TF-BD trên tiểu đơn vị 50S của Archae liên

quan đến một hệ thống dị thể

Archae sử dụng một chaperone

khác biệt hoàn toàn để bắt đầu sự cuộn gấp protein, đó là phức hợp trợ giúp với chuỗi polypeptide mới sinh (nascent

polypeptide-associated complex) Có thể như là kết quả của bản chất dị thể của

phức hợp, chỉ khoảng 40 amino

acid của TF-BD có thể thấy được trong trúc đồng tinh thể (cocrystal),

điều này đưa đến câu hỏi về mục đích đầy đủ của tương tác

TF-BD/50S Thứ hai, một sự loại bỏ cả hai yếu tố TF và DnaK dẫn tới kiểu hình gây chết có thể được cứu chỉ bởi một mình TF-BD Cấu trúc

nguyên thuỷ cung cấp sự giải thích chưa rõ ràng về cách mà dạng bị

cắt cụt của TF có thể đền bù cho sự mất cả cặp yếu tố này

Hai nhóm nghiên cứu của

Schlünzen và Yohath đã độc lập

cung cầp những cái nhìn về việc

TF-BD gắn với tiểu đơn vị 50S của

vi khuẩn trong một phức hợp đồng thể, với một vài kết quả bất ngờ

Đầu tiên, gần như (hơn 100 acid

amin của 112 acid amin) toàn bộ

các TF-BD có thể được nhìn thấy trong các bản đồ mật độ electron

của các protein Điều này cho phép các tác giả xây dựng mô hình

nguyên vẹn TF gắn với ribosome theo một cách khắt khe hơn Đáng chú ý là tương tác giữa TF-BD và một vòng thòng lọng dài của

protein ribosome L24 thực tế có thể ngăn chặn cái "nôi" phân tử nằm

giữa TF-BD và ribosome Thứ hai,

sự cuộn gấp của TF-BD thay đổi

đột ngột khi tiểu đơn vị 50S gắn

vào, mở ra một khe kỵ thủy chạy

suốt chiều dài của domain Các tác giả đề xuất rắng khe này, tương

ứng với sự bảo tồn acid amin cao,

có thể gắn với những phần kị nước của chuỗi mới sinh một cách trực tiếp Một tương tác như vậy sẽ giúp giải thích cho việc TS-BD giải cứu kiểu hình gây chết trong đột biến cả hai yếu tố TF và DnaK Các tác giả kết luận những phân tích của họ

bằng một đề xuất đáng chú ý là

TF-BD có thể gắn với chuỗi tín

hiệu trong một cách bổ trợ với

SRP Có một ít bằng chứng cấu

trúc và sinh hoá được cung câp,

nhưng quan điểm rằng SRP và TF

có thể tương tác đồng thời với cùng một chuỗi mới sinh chắc chắn là

một thử nghiệm đáng giá