
- •А.С. Спирин
- •Три последовательные химические реакции биосинтеза белка
- •Рабочий цикл транслирующей рибосомы
- •Рабочий цикл транслирующей рибосомы
- •Расположение субстратных молекул аминоацил-тРНК (А/а) и пептидил-тРНК (Р/р)
- •ИНИЦИАЦИЯ ТРАНСЛЯЦИИ:
- •ИНИЦИАЦИЯ ТРАНСЛЯЦИИ
- •ПРИМЕР установки рамки считывания
- •ИНИЦИАЦИЯ ТРАНСЛЯЦИИ:
- •ЭПИЦИКЛ ТРАНСЛЯЦИИ:
- •ЭПИЦИКЛ ТРАНСЛЯЦИИ:
- •В процессе инициации трансляции рибосомные субъединицы ре-ассоциируют,
- •Полирибосомы
- •The polyribosome is a group of ribosomes strung on an mRNA thread and
- •Prokaryotes:
- •Eukaryotes:
- •A.P. Mathias, R. Williamson, H.E. Huxley and S. Page (1964) Occurrence and function
- •E. Shelton and E.L. Kuff (1966) Substructure and configuration of ribosomes
- •T. Yoshida, M. Wakiyama, K. Yazaki and K. Miura (1997) Transmission electron and
- •T. Yoshida, M. Wakiyama, K. Yazaki and K. Miura (1997) Transmission electron and
- •Double-row type polyribosomes translating long mRNA ( -Luc-3'UTRTMV)
- •3D ribosome model
- •Cryo-ET analysis of young circular polyribosomes
- •Cryo-ET reconstruction of aged circular polyribosomes
- •Cryo-ET reconstruction of topologically linear, planar double-row and zigzag-like polyribosomes.
- •Cryo-ET reconstruction of two topologically different hexasomes
- •Cryo-ET reconstruction of the compact 3D helical polyribosomes after 30 min translation (A)
- •Molecular structure of the left-handed supra-molecular helix formed by eukaryotic polyribosomes:
- •Dynamics of conformational changes of polyribosomes during translation : distribution of polysomal ribosomes
- •Dependence of proportions of three main types of polysomal conformations – circular (A),
- •«ОНТОГЕНЕЗ» ЭУКАРИОТИЧЕСКИХ ПОЛИРИБОСОМ
- •«ОНТОГЕНЕЗ» ЭУКАРИОТИЧЕСКИХ ПОЛИРИБОСОМ
- •Conventional scheme of the initiation-coupled circularization of eukaryotic mRNA
- •Model of non-covalent circularization of eukaryotic mRNA via initiation-coupled formation of protein-to-protein bridges
- •Loading of circular mRNA with ribosomes via de novo initiation (1, 2) followed
- •Cap-mRNA-poly(A)
- •Cap-mRNA-[no poly(A)]
- •«От ложного знания – к истинному незнанию!»
- •УЧАСТНИКИ ПРОЦЕССА ИНИЦИАЦИИ
- •Два пути инициации трансляции
- •Модель инициаторного 43S рибосомного комплекса (по данным крио-электронной микроскопии)
- •Модель инициаторного 43S рибосомного комплекса (по данным крио-электронной микроскопии)
- •Схема связывания фактора eIF4F
- •Аминоацилирование и метилирование инициаторной тРНК у эукариот
- •ГТФ-зависимое связывание инициаторной тРНК с белком IF2
- •ИНИЦИАТОРНЫЕ КОДОНЫ Escherichia coli:
- •ИНИЦИАТОРНЫЕ КОДОНЫ У ПРОКАРИОТ:
- •3'-концевые нуклеотидные последовательности прокариотической и эукариотической рибосомных РНК
- •Внутренняя инициация у прокариот: взаимодействие полипуриновой последовательности мРНК
- •БЕЛКОВЫЕ ФАКТОРЫ ИНИЦИАЦИИ БАКТЕРИЙ
- •Связывание факторов инициации с контактирующей стороной малой (30S) рибосомной субъединицы
- •Диссоциирующая функция белка IF3
- •Три функциональные группы факторов:
- •Этапы инициации (прокариоты)
- •Схема последовательности событий в процессе инициации трансляции у прокариот
- •Инициация трансляции у эукариот: АТФ-зависимое сканирование 5'-нетранслируемой области
- •Концевая инициация с последующим сканированием 5'-нетранслируемой лидерной области мРНК рибосомным 43S комплексом (40S:eIFs:Met-tRNAi).
- •“Native” 40S subunit of eukaryotes 40S:eIF3:eIF1A:eIF1:eIF2
- •Взаимосвязь белковых факторов инициации эуариот
- •Рабочий цикл сканирующего 43S рибосомного комплекса как молекулярной машины конвейерного типа
- •Молекулярный «храповик с собачкой» (molecular ratchet-and-pawl mechanism)
- •Конец лекции
- •КОНСТИТУТИВНЫЙ КОНТРОЛЬ ТРАНСЛЯЦИИ
- •Схема механизма индукции трансляции мРНК, кодирующей бактериальную хлорамфеникол-ацетилтрансферазу (cat-мРНК), хлорамфениколом
- •«Сила» мРНК
- •ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ «СИЛУ» мРНК
- •Взаимодействие пред-инициаторной полипуриновой последовательности мРНК
- •ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ «СИЛУ» мРНК
- •Известной усиливающей последовательностью, расположенной по направлению к 5 -концу от последовательности Шайна-Дальгарно, является
- •ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ «СИЛУ» мРНК
- •Стабильная шпилька,
- •НЕЗАВИСИМАЯ ИНИЦИАЦИЯ НА ЦИСТРОНАХ ПОЛИЦИСТРОННЫХ мРНК
- •Схема полицистронной мРНК, кодирующей субъединицы бактриальной протонной АТФазы
- •Независимая инициация (А) и
- •ИНДУЦИРОВАННАЯ ИНИЦИАЦИЯ
- •INDEPENDENT INITIATION (A) AND
- •РЕИНИЦИАЦИЯ:
- •Регуляция инициации трансляции предшествующими открытыми рамками считывания
- •Схема механизма индукции трансляции мРНК, кодирующей бактериальную хлорамфеникол-ацетилтрансферазу (cat-мРНК), хлорамфениколом
- •Схема механизма регуляции трансляции мРНК, кодирующей бактериальную метилазу 23S рибосомной РНК
- •Адаптивная регуляция инициации трансляции белками-репрессорами
- •ТРАНСЛЯЦИОННАЯ РЕПРЕССИЯ
- •Регуляция трансляции фаговой (MS2) РНК
- •Схема расположения кодирующих последовательностей (цистронов) в полицистронной РНК бактериофага MS2
- •Схема расположения кодирующих последовательностей (цистронов) в полицистронной РНК бактериофага MS2
- •MS2 RNA: C - L - S JUNCTION
- •MS2 RNA: C - L - S JUNCTION
- •MS2 RNA: C - L - S JUNCTION
- •Шпилька, включающая рибосомо-связывающий участок (RBS) S-цистрона MS2-фаговой РНК,
- •Схема расположения кодирующих последовательностей (цистронов) в полицистронной РНК бактериофага MS2
- •ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ СОБЫТИЙ ПРИ ИНФЕКЦИИ ФАГОМ MS2
- •Регуляция синтеза рибосомных белков
- •Полицистронные мРНК, кодирующие рибосомные белки E.coli
- •Полицистронные мРНК, кодирующие рибосомные белки E.coli
- •Рибосомный белок S8 как репрессор трансляции
- •Полицистронные мРНК, кодирующие рибосомные белки E.coli
- •Рибосомный белок L1 как репрессор трансляции
- •Структура комплексов рибосомного белка L1 с рибосомной 23S РНК и L11-мРНК
- •Саморегуляция синтеза рибосомных белков
- •Регуляция синтеза треонил-тРНК синтетазы
- •Треонил-тРНК-синтетаза репрессирует свой собственный синтез путем связывания со своей мРНК
- •Две стабильные шпильки лидерного участка мРНК, кодирующей ThrRS (слева) и вторичная структура треониновой
- •Треонил-тРНК-синтетаза репрессирует свой собственный синтез путем связывания со своей мРНК
- •Регуляция трансляции аптамерными модулями мРНК
- •Термосенсорный модуль
- •Общая схема механизма выключения трансляции мРНК метаболитом: метаболит-индуцированная стабилизация конформации, блокирующая рибосомо-связывающий участок
- •Общая схема механизма выключения (слева) и включения (справа) трансляции мРНК метаболитом
- •Схема выключения трансляции мРНК, кодирующих ферменты биосинтеза тиамина
- •Схема регуляции трансляции мРНК, кодирующих ферменты синтеза нуклеотидов аденин-связывающим аптамерным модулем
- •Регуляция трансляции антисмысловыми и комплементарными РНК
- •Включение трансляции мРНК, кодирующей белок стрессового ответа E. coli, стресс-индуцированной комплементарной РНК (DsrA
- •Основные механизмы регуляции трансляции у прокариот
- •Конец лекции
- •ЭПИЦИКЛ ТРАНСЛЯЦИИ
- •ИНИЦИАЦИЯ ТРАНСЛЯЦИИ:
- •РАБОЧИЙ (ЭЛОНГАЦИОННЫЙ) ЦИКЛ РИБОСОМЫ: Для трансляции требуется присутствие субстрата в Р-участке!
- •Три функциональные группы факторов:

Double-row type polyribosomes translating long mRNA ( -Luc-3'UTRTMV)
in a wheat germ continuous-exchange cell-free (CECF) system
K.V. Gromova, V.A. Shirokov, V.D. Vasiliev and A.S. Spirin (2003). Unpublished.

3D ribosome model
derived from cryo electron tomography (cryoET)
The head of the 40S subunit is shown in red, the body of the 40S subunit in yellow,
the P1/P2 stalk of the 60S subunit in pink and the 60S subunit in blue.

Cryo-ET analysis of young circular polyribosomes
(formed on the 975 nts coding sequence mRNA)
(15 min incubation =
= about 2 translation rounds)
Left: Tomographic slices of individual polyribosomes.
Middle: 3D reconstructions of the same polyribosomes.
Right: Deduced mRNA path within the polyribosomes.
Zh.A. Afonina, A.G. Myasnikov, V. A. Shirokov,
B.P. Klaholz and A.S. Spirin (2014)
Nucleic Acids Research 42, 9461-9469.

Cryo-ET reconstruction of aged circular polyribosomes
Nonasome (A) and undecasome (B) - formed on GFP-encoding mRNA with 750 nt coding sequence.
The ribosomes involved in 3D bulges are inscribed into a dashed-
line cycle.
Undecasome (B) is an example of a double-row
polyribosome with anti-
.
parallel paths of the mRNA chain (collapsed circle).

Cryo-ET reconstruction of topologically linear, planar double-row and zigzag-like polyribosomes.
(A)Nonasome formed on GFP- encoding mRNA, 750 nt coding sequence.
The nonasome (A) is an example of pseudo-double-row polyribosome with zigzag-like path of mRNA.
(B) Tridecasome formed on GFP-encoding mRNA, 975 nt coding sequence.

Cryo-ET reconstruction of two topologically different hexasomes
(A)The hexasome with circular mRNA path,
visible as short double-row polyribosome.
(B) The hexasome with topologically linear, zigzag-like mRNA path,
also visible as short polyribosome with two parallel rows of ribosomes
(“pseudo-double-row polysome”).

Cryo-ET reconstruction of the compact 3D helical polyribosomes after 30 min translation (A)
and
after 120 min translation (B).
A: Pentasome folded into tetrad with one additional ribosome; the tetrad resembles the turn of the four- fold helix as the typical conformation of the dense helical polyribosomes that appear at the late stages of the life-time of translation (see the text).
B: Tetradecasome folded into the dense four-fold left-handed helix (see the text). The arrowheads indicating the mRNA path, which are pertinent to the ribosomes on the rear (invisible) side of helical polysomes, are marked by white color.

Molecular structure of the left-handed supra-molecular helix formed by eukaryotic polyribosomes:
3D reconstruction of eukaryotic polysomes obtained from cryo electron tomography and sub-tomogram averaging.
Colour code: 60S subunit, blue; 40S head, red; 40S body, yellow; P-stalk, pink.
Helical region, elongation
Initiation region
Termination region
A.G. Myasnikov, Zh.A. Afonina, V. A. Shirokov, A.S. Spirin and B.P. Klaholtz Nature Communicatons 2014 Nov 7; 5: 5294/DOI:10.1038/ncomms6294.

Dynamics of conformational changes of polyribosomes during translation : distribution of polysomal ribosomes between three different types of polyribosomes – circular (red circles), linear (green triangles) and 3D helical (blue squares) – depending on the time passed after translation start.
The percentages of ribosomes in the polysomes of each type are plotted for each time-point.
3D helical
Circular
Linear + planar zigzags

Dependence of proportions of three main types of polysomal conformations – circular (A),
linear including zigzag-like (B), and compact 3D helical (C) –
on the occupancy of the coding region of mRNA by translating ribosomes
(number of nucleotides per ribosome, nts/RS ratio).
Zh.A. Afonina, A.G. Myasnikov, V. A. Shirokov, B.P. Klaholz and A.S. Spirin (2015) Conformation transitions of eukaryotic polyribosomes during multi-round translation.
Nucleic Acids Research 43, No. 1, 618 – 628.
Circular
Linear + zigzags
Comact 3D helical