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由ABCE1引导的核糖体循环

核糖体翻译mRNA是一个循环过程,在所有生命门类中都是必不可少的,并且是保守的(Ramakrishnan, 2002;Jackson等人,2010;Dever & Green, 2012;Nurenberg & Tampe, 2013)。核糖体由一个小的(30 /40在Pro/Eukarya中)和一个大的亚基(50 /60)组成,这两个亚基在翻译的四个步骤中都吸收了各种额外的因素:起始、延伸、终止和循环。后一个过程意味着在规范终止后核糖体亚基的分裂(Pisarev et al, 2010;Barthelme等人,2011;进一步与mRNA监测、核糖体质量控制、核糖体生物发生和细胞代谢有关(Pisareva et al, 2011;《鞋匠与绿色》,2011;Becker et al, 2012;Dever & Green, 2012;Strunk等人,2012;Kashima等人,2014;Preis et al, 2014;van den Elzen等人,2014;邵等,2015;Young等人,2015)。在古生菌和真核生物中,核糖体循环的关键因素是atp结合盒(ABC)蛋白ABCE1,也称为黑腹果蝇酵母和PIXIE中的核糖核酸抑制剂1 (Rli1p) (Coelho et al, 2005)。

ABCE1是一种可溶性的双ATP酶,它利用ATP重组大的核糖核蛋白复合物。这种多域分子机器是进化中最保守的蛋白质之一,在所有被研究的生物中都是必不可少的。n端域包含两个抗磁[4Fe-4S]2+簇(FeS) (Barthelme et al, 2007, 2011;Karcher等人,2008年)。两个头对尾定向核苷结合域(NBDs)对齐两个核苷结合位点,在ATP结合和水解时进行类似镊子的运动。机械化学能从NBDs转移到相关的FeS簇域,该簇向外摆动并分裂核糖体(Kiosze-Becker et al, 2016;Heuer等人,2017)。许多ABC蛋白是不对称的,具有一个一致点和一个简并位点。后者携带ATP水解必需的保守基序突变。然而,我们对其机理的了解是有限的,基于非对称abc型机器的结构和功能多样性,可以得到多种场景。

核糖体回收可细分为一系列事件:(i) ABCE1与终止后复合物(post-TC)的结合,产生预分裂复合物(pre-SC), (ii)核糖体分裂,(iii)形成由30S/40S·ABCE1组成的后分裂复合物(post-SC), (iv) ABCE1从小核糖体亚基释放。在核糖体回收的第一步,ABCE1结合后tc附近的规范GTPase控制中心和接触释放因子1 (e/aRF1)或其同源物(Becker et al, 2012;Preis et al, 2014;Brown等人,2015)。a -位点和ATP的释放因子是随后核糖体分裂步骤中不可缺少的(Pisarev et al, 2010;Barthelme等人,2011;《鞋匠与绿色》,2011年)。此后,ABCE1仍与小亚基绑定,并可能在分离前将后sc连接到规范翻译起始阶段(Nurenberg & Tampe, 2013;Heuer等人,2017;舒勒与格林,2017)。尽管前scs和后scs具有重要的结构快照,具有极端构象变化的特征,但ABCE1的分子机制仍然是一个谜。对于我们理解核糖体循环的关键问题是特别感兴趣的:核糖体循环因子中的两个不对称核苷酸结合位点如何协调核糖体结合、分裂和释放的过程?核糖体分裂是由ATP结合还是水解驱动的?

在此,我们描述了ABCE1在核糖体循环中的机制框架。我们确定了低ATP周转率,控制位点II和高ATP酶,动力冲程位点I,并定义了它们在核糖体结合和分裂中的独特作用。ABCE1中连续的域重组安排了后tcs的识别、核糖体分裂和后sc的形成,使其不适合再组合。ATP在两个不对称位点上的序贯封闭作用促进了两个NBDs内构象的变化和FeS簇域的运动。异位串扰控制核苷酸结合位点,因此ABCE1必须有内在的检查点来控制核糖体循环的进程。

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