Upload
doandien
View
241
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Traduzione del codice genetico
La sintesi proteica
La traduzione
• Il tasso di sintesi è basso (15/18 aminoacidi per secondo, 10 volte meno negli eucarioti)
• Nei procarioti trascrizione traduzione avvengono contemporaneamente. Appena l’estremità 5’ dell’mRNA è sintetizzata la traduzione può iniziare
• Negli eucarioti i due processi sono temporalmente separati perchè avvengono in compartimenti cellulari differenti e inoltre l’RNA è processato.
Proteine
Proteine che legano l’mRNA
Amminoacil-tRNA sintetasi
Proteine ribosomali Fattori di traduzione
RNA
COMPONENTI DELLA SINTESI PROTEICA
COMPONENTI DELLA SINTESI PROTEICA PROCARIOTI
IL CODICE GENETICO
• I tRNA sono responsabili della traduzione • Ogni tRNA riconosce un codone e porta uno
specifico aminoacido • L’attivazione dei tRNA è catalizzata dalle aminoacil-
tRNA sintetasi
I tRNA
IL tRNA
IL tRNA
Motif from 3’ end Features 1st -Amino acid acceptor terminal
It has 3’ACC sequence in all tRNAs, in some they are present when they are synthesized, in some they are added later.
2nd- Amino acid accepter stem
It is 7 bp long, contain 5G:C and 2A:U base pairings.
3 rd -TUC G stem 3 to 5 bp long 4 th –TUCG loop 7nucleotides,TUC invariable
sequences 5 th- Extra arm Located between TUC and
anticodon stem, the arm length can range from 3 to 21 ntds.
6 th- Anti codon loop 7 ntds long, 3 ntds act as anticodons, anticodon nucleotides are bracketed by modified U at 5’ side and modified A (like IPA) on 3’ side, and triplets are projected as rigid structures.
7 th -Anticodon stem Consists 4-5 bp 8 th -DHU loop Consists of 8-12 variable
bases, Di-Hydroxy Uridine is the only invariable nucleotide
9 th -DHU stem Is 3-4 bp long 10 th – 5’ G Extension of the DHU stem
ends in 5’ G inmost of amino acyl tRNAs and pairs with C.
Structural Features of tRNAs (General):
Motif Features-PK (E.coli) Features-EK (hu) 1st- amino acyl acceptor
CCA3’ to which methionine covalently is added
CCA3’; often CCA absent and CCA added
2nd-aa acceptor stem-
6G:C , 1G-A pairs 6G:C, 1A:U
3rd TUCG stem 4G:C and 1A:U 3G:C,2A:U 4th-TuCG loop 7ntds, TUC, 7ntds,o TUC 5th extra arm 5ntds or more 5tds or more 6th Anticodon stem 4G:C and 1A:U 4G:C, 1A:U 7th Anticodon loop 7 ntds, 3anticodon
bracketed by U and IPA 7ntds, 3’IPA,
8th DHU loop 7-11 ntds, DHU- consensus,
No DHU
9th DHU stem 4G:C 3G:C,1G:U, DHU 10th 5’ end
C, cannot pair with A 5’A pairs with U
In yeast initiator tRNA, 64th ntd is phosphorylated
Initiator tRNA features-prokaryote and Eukaryote:
Aminoacil tRNA sintetasi Una sintetasi per ogni aminoacido una singola sintetasi può riconoscere più tRNA che codificano per lo stesso aminoacido
Due classi di sintetasi Struttura tridimensionale differente Differiscono nel lato del tRNA riconosciuto e da come legano l’ATP Classe I – monomeriche, trasferiscono l’aminoacido sul 2’OH del ribosio terminale Arg, Cys , Gln, Glu, Ile, Leu, Met, Trp Tyr, Val Classe II - dimeriche, trasferiscono l’aminoacido sul 3’OH del ribosio terminale Ala, Asn, Asp, Gly, His, Lys, Phe, Ser, Pro, Thr
Struttura di una aminoacil tRNA sintetasi legata al tRNA
Per mantenere la fedeltà della sintesi proteica le aminoacil-tRNA sintetasi devono essere molto precise
Presenza di un sito di editing
Il riconoscimento dell’a.a. corretto da parte della a.a.-tRNA sintetasi è verificato con un meccanismo di “correzione di bozze” innescato dal legame con il giusto tRNA:
• un cambiamento conformazionale può causare l’idrolisi dell’ a.a.-adenilato
• il trasferimento dell’a.a. sul tRNA può essere seguito da idrolisi
La accuratezza del caricamento del tRNAIle da parte della corrispondente sintetasi dipende da un meccanismo di controllo degli errori che agisce in due diverse fasi
Il ribosoma
IL RIBOSOMA
EUCARIOTI
80S
60S
40S
PROCARIOTI
70S
50S
30S
28S rRNA (4718 nt) 5,8S rRNA (160 nt) 5S rRNA (120 nt)
50 proteine
23S rRNA (2904 nt) 5S rRNA (120 nt)
34 proteine
18S rRNA (1874 nt)
33 proteine
16S rRNA (1541 nt)
21 proteine
Struttura secondaria del 23S rRNA
Struttura secondaria del 16S rRNA
Lewin, IL GENE VIII, Zanichelli editore S.p.A. Copyright ©
2006
Lewin, IL GENE VIII, Zanichelli editore S.p.A. Copyright ©
2006
Lewin, IL GENE VIII, Zanichelli editore S.p.A. Copyright ©
2006
Nel nucleolo la RNApol-I trascrive i geni ripetuti per l’rRNA (rDNA) generando il precursore RNA 45S
Il precursore 45S è modificato chimicamente e tagliato nei prodotti maturi che si associano con le proiteine ribosomiali a formare le due subunità ribosomiali
Visione d’insieme della traduzione
I fattori traduzionali
Codone inizio AUG,GUG,UUG AUG AA inizio formil-metionina metionina tRNA inizio tRNAf-met tRNAmet
TRADUZIONE
INIZIO
PROCARIOTI/EUCARIOTI
Initiation Factors Activity
prokaryotes eukaryotes
IF3 eIF-1 Fidelity of AUG codon recognition
IF1 eIF-1A Facilitate Met-tRNAiMet binding to small subunit
eIF-2 Ternary complex formation
eIF-2B (GEF) GTP/GDP exchange during eIF-2 recycling
eIF-3 (12 subunits) Ribosome antiassociation, binding to 40S
eIF-4F (4E, 4A, 4G) mRNA binding to 40S, RNA helicase activity
eIF-4A ATPase-dependent RNA helicase
eIF-4E 5' cap recognition
eIF-4G Scaffold for of eIF-4E and -4A
eIF-4B Stimulates helicase, binds with eIF-4F
eIF-4H Similar to eIF4B
eIF-5 Release of eIF-2 and eIF-3, GTPase
IF2 eIF5B Subunit joining
eIF-6 Ribosome subunit antiassociation
Fasi Della Traduzione: inizio
• Attacco delle subunità ribosomali e del primo a.a. portato dal tRNA iniziatore all’mRNA
• Posizionamento sul primo codon da tradurre
PROCARIOTI EUCARIOTI Subunità 30S/50S 40S/60S Fattori d’inizio Sì Sì tRNA iniziatore formilmetionina metionina Fonte di Energia GTP ATP/GTP
Formilazione del met-tRNA
Specificità del tRNA fmet
Il tRNA per l’inizio della traduzione è diverso da quello utilizzato per la normale metionina
Inizio della traduzione
L’inizio della traduzione è differentemente controllato nei procarioti rispetto agli eucarioti
Nei procarioti l’mRNA policistronico codifica per più proteine
Nei procarioti delle specifiche sequenze presenti sull’mRNA vicino ai codoni di inizio AUG, chiamate sequenze di Shine-Delgarno, sono riconosciute da un complesso proteico costituito dal fMet-tRNA, i Fattori di Inizio (IFs) e la subunità minore del ribosoma (30S)
Inizio della traduzione nei procarioti: sequenze di controllo
La fase di inizio nei procarioti
L’idrolisi del GTP da parte del fattore IF2 porta al rilascio dei vari fattori e l’associazione della subunità maggiore del ribosoma (50S) con la formazione del complesso 70S pronto a iniziare la traduzione
Gli mRNA eucariotici hanno una diversa struttura raramente policistronici - 5’ e 3’ modificati
Inizio della traduzione negli eucarioti
Negli eucarioti l’inizio della sintesi proteica generalmente avviene, all’estremità 5’ dell’mRNA
Il processo di inizio negli eucarioti coinvolge un gruppo diverso di fattori (chiamati eIF) e un particolare tRNA iniziatore met-tRNA, che porta una metionina non formilata
Struttura del 5’CAP
Il 7me-GpppN cap è necessario per
la corretta traduzione dell’mRNA
Fattori di inizio negli eucarioti
La fase di inizio negli eucarioti
Formazione del complesso di pre-inizio 43S
Formazione del complesso eIF4(A,E,G)/PABP e l’mRNA
eIF4A elicasi
eIF4B promuove attività eIF4A
eIF4E lega cap-5’
eIF4G scaffold protein
eIF4F complesso eIF4A/4B/4E/4G
IL COMPLESSO eIF4F
Ricoscimento dell’mRNA da parte del complesso eIF4F e associazione con il complesso 43S mediata da eIF3
Il complesso 48S
Ricoscimento dell’mRNA da parte del complesso eIF4F e associazione con il complesso 43S mediata da eIF3
eIF4F
eIF4A
Il complesso 48S
IRES:internal ribosomal entry sites Funzionano come gli RBS dei procarioti
ITAF (IRES trans-agent factor) sostituisce eIF4E lo scaffold eIF4G è diverso (più piccolo)
Riconoscimento dei codoni di inizio
eIF1 formazione complesso di inizio eIF1A stabilizza interazione met-
tRNA-40S eIF3 promuove legame met-tRNA-
mRNA
eIF2 legame GTP-dipendente met-tRNA-40S
eIF4A elicasi eIF4B promuove attività eIF4A eIF4E lega cap5’ eIF4G scaffold protein eIF4F eIF4A/4B/4E/4G
eIF2B scambio GDP-GTP eIF2C stabilizza
complesso ternario (mRNA,met-tRNA,40s)
eIF5 promuove attività GTPasica di eIF2
La fase di inizio negli eucarioti Scansione dell’RNA alla ricerca del codone di inizio
Scansione dell’RNA alla ricerca del codone di inizio
Attività elicasica di eIF4A
Scansione dell’RNA alla ricerca del codone di inizio
Sequenza consenso Shine-Dalgarno Complementare a rRNA 16S
Sequenza consenso Kozak Riconosciuta dai fattori eIF1, eIF4A, eIF4B e eIF4E
Procarioti
Eucarioti
Aggancio della subuintà maggiore
Identificato il codone di inizio l’attività GTPasica di eIF2 e eIF5 favoriscono la dissociazione dei vari fattori di traduzione (eIF2) e l’aggancio della subunità maggiore del ribosoma (eIF5)
Rilascio dei fattori di inizio
Formazione del complesso 80S
Il complesso 80S
il legame del tRNA-met al ribosoma precede il legame dell’mRNA
La fase di inizio negli eucarioti
Il riconoscimento del codone AUG promuove l’attività GTPasica di eIF2
L’idrolisi del GTP da parte di eIF2 è il segnale per il rilascio dei fattori di inizio, il legame della subunità maggiore e l’inizio della traduzione
La fase di inizio negli eucarioti
Il legame del tRNA-met al ribosoma precede il legame dell’mRNA
Al contrario dei procarioti il complesso 48S scorre sull’mRNA alla ricerca del codone di inizio
TRADUZIONE
FASE DI ALLUNGAMENTO
PROCARIOTI/EUCARIOTI
Fasi Della Traduzione: allungamento
Allungamento della catena polipeptidica mediante attacco di aminoacil-tRNA e sintesi del legame peptidico.
PROCARIOTI EUCARIOTI
Subunità 30S/50S 40S/60S Fattori di Allungamento Sì Sì tRNA tutti tutti Fonte di energia GTP GTP
L’associazione tra le subunità maggiore e minore del ribosoma crea un ambiente essenziale per la sintesi della proteina
Tre siti di legame per i tRNA: sito A = sito di legame per l’aminoacil tRNA sito P = sito di legame per il peptidil-tRNA sito E = sito di uscita
Fase di allungamento
Processo in tre step:
Corretto posizionamento dell’aminoacil-tRNA nel sito accettore
Formazione del legame peptidico tra il peptidil-tRNA nel sito P e l’aminoacil-tRNA nel sito A
Spostamento dell’mRNA all’interno del ribosoma di un codone
Fattori coinvolti EF-Tu posiziona il tRNA nel sito A EF-Ts riciclo del fattore EF-Tu EF-G traslocazione del ribosoma
Rappresentazione schematica del ciclo di allungamento
EF-Tu GTP si lega all’estremita 3’ del tRNA carico per mascherare l’aminoacido
Il corretto posizionamento del tRNA è accompagnato dall’idrolisi del GTP da parte di EF-Tu GTP
Controllo dell’appaiamento codon-anticodon
L’idrolisi di GTp e il rilascio di EF-Tu avvengono solo se il tRNA è correttamente posizionato. Uscito EF-Tu può avvenire la formazione del legame peptidico
Wobble o tentennamento
Grazie al tentennamento e alla presenza di basi modificate (inosina) uno stesso tRNA può riconoscere più codoni (solo ~30 tRNA per coprire i 61 codoni)
Rotazione del tRNA nel sito A
Fase di allungamento
Formazione del legame peptidico
Fase di allungamento
Fase di allungamento nei procarioti
EF-Ts promuove lo scambio nucleotidico di EF-Tu
EF-G favorisce la traslocazione del ribosoma
Formazione del legame peptidico
Reazione di transpeptidazione
Il gruppo NH2 dell’aminoacido legato al tRNA nel sito A attacca il
gruppo C=O dell’ultimo aminoacido legato al tRNA del sito P
Reazione catalizzata dall’rRNA 23S (catalisi entropica) Il 2’ OH del tRNA al sito P funziona
come navetta protonica
Formazione del legame peptidico
La catena polipeptidica viene trasferita dal tRNA del sito P a
quello del sito A
Traslocazione del ribosoma
Il ribosoma si sposta lungo l’mRNA
Il tRNA con la catena polipeptidica dal sito A passa al sito P mentre il tRNA scarico del sito P passa al sito E
(se il sito E è occupato il tRNA in esso presente esce)
Traslocazione del ribosoma
La traslocazione richiede l’idrolisi del GTP da parte del fattore EF-G che legandosi al sito A spinge il tRNA
verso il sito P
Riciclo dei fattori EF-Tu e EF-G
EF-Tu e EF-G dopo l’idrolisi del GTP devono scambiare il nucleotide per tornare nella forma GTP legante e operare un nuovo step di allungamento e
traslocazione
Riciclo dei fattori EF-Tu e EF-G
Il fattore di scambio EF-Ts favorisce lo scambio del nucleotide
Riciclo dei fattori EF-Tu e EF-G
Il fattore di scambio EF-Ts favorisce lo scambio del nucleotide
Riciclo del fattore EF-Tu
Traslocazione
struttura di EF-Tu unito al tRNA e EF-G unito al GDP
EF-G mima il tRNA premettendo lo spostamento del peptidil-tRNA dal
sito A al sito P
Mimetismo tra i fattori EF-TU EF-G
EF-Tu copre l’aminoacido per impedire la traspeptidazione finché il giusto tRNA non è correttamente appaiato al codone.
EF-G mima il tRNA premettendo lo spostamento del peptidil-tRNA dal sito A al sito P
Fase di allungamento • La catena peptidica in crescita
si estende all’interno di un “tunnel” nella subunità 50S
• Il ripiegamento della catena polipetidica inizia solo dopo che è fuoriuscita dal “tunnel”
• Il processo di folding è facilitato da attività chaperone associate al ribosoma
• Per assicurare l’entrata corretta del tRNA nel sito A, l’rRNA 16S è coinvolto nel determinare il giusto orientamento nelle prime due posizioni dell’appaiamento codone/anticodone
Durante la traslocazione il tRNA scarico viene spostato nel sito E e poi fuoriesce dal ribosoma
Processo di allungamento negli eucarioti
• Simile a quello dei procarioti
• Fattori di allungamento analoghi
• EF-1a = EF-Tu posiziona il tRNA nel sito A
• EF-1b = EF-Ts riciclo del fattore EF-Tu
• EF-2 = EF-G coinvolto nel processo di traslocazione
A U G G G C U U A A A G C A G U G C A C G U U
This is a molecule of messenger RNA.
It was made in the nucleus by
transcription from a DNA molecule.
mRNA molecule
codon
A U G G G C U U A A A G C A G U G C A C G U U
A ribosome on the rough endoplasmic
reticulum attaches to the mRNA
molecule.
ribosome
A U G G G C U U A A A G C A G U G C A C G U U
It brings an amino acid to the first three
bases (codon) on the mRNA.
Amino acid
tRNA molecule
anticodon
U A C
A transfer RNA molecule arrives.
The three unpaired bases (anticodon)
on the tRNA link up with the codon.
A U G G G C U U A A A G C A G U G C A C G U U
Another tRNA molecule comes into
place, bringing a second amino acid.
U A C
Its anticodon links up with the second
codon on the mRNA.
A U G G G C U U A A A G C A G U G C A C G U U
A peptide bond forms between the
two amino acids.
Peptide bond
A U G G G C U U A A A G C A G U G C A C G U U
The first tRNA molecule releases its amino
acid and moves off into the cytoplasm.
A U G G G C U U A A A G C A G U G C A C G U U
The ribosome moves along the mRNA to
the next codon.
A U G G G C U U A A A G C A G U G C A C G U U
Another tRNA molecule brings
the next amino acid into place.
A U G G G C U U A A A G C A G U G C A C G U U
A peptide bond joins the second
and third amino acids to form a
polypeptide chain.
A U G G G C U U A A A G C A G U G C A C G U U
The polypeptide chain gets longer.
The process continues.
This continues until a termination
(stop) codon is reached.
The polypeptide is then complete.
TRADUZIONE
FASE DI TERMINE
PROCARIOTI/EUCARIOTI
Fasi Della Traduzione: terminazione
• Avviene quando il ribosoma arriva ad un codone di stop (UAA, UAG, UGA) che si colloca nel sito A
• Rilascio della catena polipeptidica e rilascio delle due subunità ribosomali
GTP GTP Fonte di energia
1 3 Fattori di
terminazione
40S/60S 30S/50S Subunità
EUCARIOTI PROCARIOTI
Termine della sintesi proteica
• La presenza di fattori di rilascio che si legano al sito A in presenza di un codone di stop trasforma l’attività peptidil-trasferasica del ribosoma in attività idrolasica che taglia la catena polipeptidica dal tRNA
• L’idrolisi del GTP è richiesta per la dissociazione dei fattori di rilasci (RFs), del ribosoma e della catena polipeptidica
Fattori di terminazione
procarioti eucarioti
RF1 eRF1 riconoscimento UAA,
UAG
RF2 “ riconoscimento UGA,
UAA
RF3 eRF3 GTPase
RRF rilascio
RF:release factor RRF:ribosome recycling factor
Fattori coinvolti nella fase di terminazione
Terminazione della traduzione fattori di classe 1 anticodone peptidico e motivo GGQ (gly gly gln)
RF1 promuove il rilascio della catena polipeptidica (GGQ)
RF3 promuove il rilascio di RF1
RF3 promuove il rilascio di RF1 Cambio conformazionale attraverso la scambio del nucleotide guanilico
RF3 dissocia dal ribosoma con l’idrolisi del nucleotide guanilico
RF1 imita il tRNA (molecular mimic)
eRF1 tRNA
La sequenza GGQ posiziona la molecola
d’acqua per l’idrolisi del peptide
tRNA (rosso scuro) RF1(grigio)
Legame di eRF1 al
ribosoma
Anticodone peptidico
Stimolazione attività idrolitica (posiziona una molecola di acqua)
Riciclo del ribosoma
La dissociazione del ribosoma richiede il fattore RRF
Il riciclaggio del ribosoma
RRF si lega al sito A come un normale tRNA e il fattore EF-G favorisce la traslocazione del ribosoma spostando RRF sul sito P. Il tRNA sul sito P viene espulso e il fattore IF3 può legarsi al ribosoma vuoto. Questo porta alla dissociazione dell due subunità.
La traduzione
La traduzione simultanea da parte di ribosomi multipli e il loro rapido ricambio aumenta l’efficienza della sintesi proteica
L’mRNA è tradotto da poliribosomi
• Per ogni aminoacido aggiunto alla catena polipeptidica vengono consumate 3 molecole di GTP (GTP->GDP) più una di ATP (ATP->AMP nella attivazione dell’aminoacido)
• L’energia richiesta è molto maggiore rispetto a quella del legame peptidico formato
• La maggior parte dell’energia consumata serve a compensare la perdita di entropia del sistema (sintesi di una specifica sequenza aminoacidica)
Il costo energetico della sintesi proteica
Controllo attraverso la presenza di strutture secondarie nell’mRNA Regolazione metabolica del ferro Controllo attraverso fattori di inizio della traduzione
eIF-2 (suo riciclo)
eIF-4E (disponibilità e affinità per il 5’ cap)
Vari stress cellulari
Stimolazione mitogenica
Il controllo della traduzione negli eucarioti
Controllo della sintesi da limitazione nella formazione del complesso di inizio (strutture nel mRNA)
Regolazione da parte del Ferro La ferritina è una proteina citosolica legante il ferro espressa quando lo ione è abbondante Il recettore della trasferrina è una proteina di membrana importante per il trasporto del ferro all’interno della cellula I livelli delle due proteine sono regolati in direzione opposta mediante un controllo sull’inizio della traduzione dei loro mRNA L’aconitasi citosolica (enzima che richiede ferro) funziona da sensore-effettore
Regolazione della traduzione
Regolazione da parte del Ferro
Proteine G
G protein
G
G
Idrolisi GTP
G protein
Scambio GDP/GTP
Vari interattori Segnalazione o attività funzionale
Vari interattori Segnalazione o attività funzionale
Guanine nucleotide exchange factor
(GEF)
+ +
GTPase-activating protein (GAP)
Controllo funzionale mediante attivatori, inibitori o modifiche
Controllo funzionale mediante attivatori, inibitori o modifiche
GAPa GAPi GEFa GEFi
G
G
L’idrolisi del GTP da parte di eIF2 è il segnale per il rilascio dei fattori di inizio, il legame della subunità maggiore e l’inizio della traduzione
Regolazione dell’inizio della traduzione
Il ciclo del fattore eIF-2 prevede la rigenerazione della forma eIF-2 con il GTP legato seguita dall’idrolisi del nucleotide all’inizio della traduzione.
Quando il complesso 43S di preiniziazione si associa alla subunità 60S del ribosoma per formare il complesso di inizio 80S, il GTP legato a eIF-2 viene idrolizzato per fornire energia al processo. Per potere promuovere nuovamente l’inizio della traduzione il GDP legato al fattore eIF-2 deve essere scambiato con il GTP. Questa funzione è catalizzata dal fattore eIF-2B anche noto come guanine nucleotide exchange factor (GEF).
Regolazione dell’inizio della traduzione
La fosforilazione di eIF-2 (ser51) aumenta l’affinità di legame tra eIF-2 e eIF-2B portando alla formazione di un complesso inattivo.
Diverse attività chinasi sono responsabili della fosforilazione di eIF-2
• double-stranded-RNA-dependent protein kinase (PKR)
• heme-regulated inhibitor (HRI)
• general control non-derepressible-2 (GCN2)
• PKR-like endoplasmic reticulum kinase (PERK)
Heat shock, stress ER o da nutrienti, infezioni virali
fosforilazione di IF-2
riduzione della sintesi proteica
eIF-2
eIF-2 G
G
eIF-2B eIF-2 G
Traduzione
Chinasi •PKR •HRI •GCN2 •PERK
eIF-2B
eIF-2B eIF-2 G
Complesso inattivo
eIF-2B Fattore di scambio
eIF-4A attività RNA elicasi ATP-dipendente
eIF-4E Riconoscimento del 5' cap
eIF-4G Proteina scaffold che assembla i fattori eIF-4E e eIF-4A.
L’interazione con PABP permette al complesso di legare le estremità 5’ e 3‘ dell’mRNA
Complesso eIF-4F Composto da tre principali sunbunità (eIF-4E, eIF-4A, eIF-4G) e almeno due
fattori addizionali
Legame dell’mRNA alla subunità 40S, attività RNA elicasica ATP-dipendente, interazione tra la coda
poli-A e il 5’ cap
PABP polyA-binding protein
Legame alla coda poli-A dell’mRNA e alla proteina scaffold eIF-4G
Mnk1 and Mnk2
eIF-4E kinases Fosforilazione di eIF-4E che aumenta la sua capacità di
legare il 5’ cap
Il complesso eIF4
eIF-4B
Stimola l’attività elicasica del fattore iEF-4A (fa parte del complesso proteico iEF-4F)
Il fattore eIF4E agisce come oncogene ed i suoi livelli sono limitanti per l’inizio della traduzione cap-dipendente
Aumenti nei livelli di eIF4E promuovono la formazione di eIF4F e la traduzione di specifici mRNA contenenti regioni 5’ altamente strutturate: es. vascular endothelial growth factor (VEGF)
In molti tumori i livelli di espressione di eIF4E sono aumentati
eIF4A elicasi
eIF4B promuove attività eIF4A
eIF4E lega cap-5’
eIF4G scaffold protein
eIF4F complesso eIF4A/4B/4E/4G
IL COMPLESSO eIF4F
eIF4E
eIF4E eIF4E
eIF4E
eIF4E
eIF4E è un fattore limitante e aumenti nei suoi livelli influenzano la velocità di traduzione
eIF4E
eIF4E
FGF2 VEGF Ciclina
D1 c-myc
Un alterato controllo dei livelli di eIF4E può indurre TRASFORMAZIONE MALIGNA, TUMORIGENESI, INVASIONE E METASTASI
Alti livelli di eIF4E promuovono la sintesi di proteine oncogene e fattori di crescita la cui traduzione è normalmente ridotta o repressa
Regolazione della traduzione: eIF4E
Regolazione dell’inizio della traduzione
La fosforilazione di eIF-4E (ser209) da parte delle MAP chinasi Mnk1 e Mnk2 aumenta l’affinità di legame tra eIF-4E e la regione CAP dell’mRNA stabilizzando l’interazione e favorendo la traduzione di mRNA specifici.
L’interazione tra Mnk-1/2 ed eIF-4B è mediata da eIF-4G
Mnk-1/2 soto attivate mediante fosforilazione da
• Fattori di crescita, esteri del forbolo, insulina
attivazione delle Mnk kinasi attraverso il pathway MEK/Erk
• Citochine e condizioni di stress
attivazione del pathway della p38 MAP chinasi
Mnk-1/2
eIF-4E Aumento della traduzione
Chinasi •Mnk1 •Mnk2 eIF-4E
Mnk-1/2
•MEK/Erk
•p38 MAP chinasi
eIF4E 4EBP
4EBP P
FATTORI DI CRESCITA/MITOGENI
RAS ERK
PI3K AKT mTOR
eIF4E
COMPLESSO eIF4F ATTIVAZIONE
DELLA TRADUZIONE
eIF4E FATTORE LIMITANTE LA REAZIONE
4E-BP
4E-BP (noto come PHAS) 3 forme note
Nella forma defosforilata 4E-BP si lega a eIF-4E reprimendo la sua attività
4E-BP è fosforilato in risposta a vari fattori di crescita e mitogeni portando al rilascio
di eIF-4E ed una attivazione della traduzione proteica
mTOR (Target Of Rapamycin) Rapamicina (sirolimus) Prodotto batterico ad attività antifungina immunosoppressiva antiproliferativa Si lega al complesso mTORC1 • Controllo tasso sintesi proteica • Attività chinasica
mTOR : TARGET DEL CONTROLLO TRADUZIONALE
mTOR gioca un ruolo centrale nella regolazione di: • la crescita cellulare • la proliferazione • la sopravvivenza
In risposta a mitogeni mTOR regola l’inizio della traduzione attraverso due distinti pathways:
p70S6K 4EBPs
Il fattore eIF4E e mTOR
mTOR (target of rapaycin) è un fattore che permette di controllare il tasso di sintesi proteica in base a segnali extracellulari (fattori di crescita e ormoni), disponibilità di aminoacidi e stato energetico della cellula
mTOR ha attività chinasi e fosforila due principali target: 4E-BPs (eIF4B binding proteins) e le proteine kinasi ribosomiali S6 (S6K1 e S6K2)
4E-BPs, in particolare 4E-BP1, nella forma ipofosforilata legano eIF4E inibendo la sua associazione al complesso eIF4F. L’attività chinasi di mTOR fosforila 4E-BP1 (S75, T73) favorendo il rilascio di eIF4E e l’inizio della traduziuone
mTOR
4E-BP1
eIF4E
4E-BP1P
eIF4E
rapamycin
Traduzione 5’-UTR mRNAs
mTOR SIGNALING
AMP/ATP Stato energetico
Rapamycin mTOR
S6K1
TSC1/TSC2
eIF4B
Rheb-GTP
4E-BP1
eIF4E
IRS-1 insulin
eIF4A
eIF4G
eIF4F complex Controllo traduzione
UTR mRNAs
PH domain
TOP mRNAs
PI3K
PIP3
Akt PH domain
PDK1
Rheb-GDP
PH = pleckstrin homology
PI3K = phosphatidylinositol-3-kinase
PIP3 = phosphatidylinositol-3,4,5 triphosphate
PDK1 = phosphoinositide dependent kinase
AMPK = AMP activated protein kinase
PTEN = lipid phosphatase
TSC = tuberous sclerosis complex
GTPase activating protein
AMPK
AICAR
Wortmannin
Inattiva mTOR
Inattiva mTOR
Attiva mTOR
Inattiva mTOR
Metformin
Inattiva mTOR
PTEN PIP3->PIP2
Inattiva mTOR (mutazioni -> cancro)
(Inattiva mTOR)
Basso stato inattiva mTOR
Erk
Ras pathway
rictor raptor
4E-BP1 SIGNALING PATHWAY