16.6 Stjórnun gena við og eftir þýðingu í heilkjörnungum

Hæfniviðmið

Í lok þessa hluta munt þú geta gert eftirfarandi:

• Skilið ferli þýðingar og rætt lykilþætti þess
• Lýst hvernig upphafsflókinn stjórnar þýðingu
• Útskýrt mismunandi leiðir sem stjórnun genatjáningar eftir þýðingu fer fram á

Eftir að RNA hefur verið flutt út í umfrymið er það þýtt í prótín. Stjórnun þessa ferlis er að miklu leyti háð RNA-sameindinni. Eins og áður kom fram hefur stöðugleiki RNA mikil áhrif á það hvort það er þýtt í prótín. Þegar stöðugleikinn breytist breytist einnig sá tími sem RNA er tiltækt fyrir þýðingu.

Upphafsflókinn og þýðingarhraði

Líkt og umritun er þýðingu stjórnað af prótínum sem bindast og koma ferlinu af stað. Í þýðingu kallast flókinn sem setur ferlið af stað þýðingarupphafsflóki. Í heilkjörnungum hefst þýðing þegar upphafs-Met-tRNAᵢ binst 40S-ríbósóminu. Þetta tRNA er flutt að 40S-ríbósóminu af próteinupphafsþætti, heilkjörnunga-upphafsþætti 2 (eIF-2). eIF-2-prótínið binst orkuríku sameindinni gúanósínþrífosfati (GTP). tRNA-eIF-2-GTP-flókinn binst síðan 40S-ríbósóminu. Annar flóki myndast á mRNA. Nokkrir mismunandi upphafsþættir þekkja 5′-hettu mRNA og prótín sem eru bundin pólý-A-hala sömu mRNA-sameindar og mynda þannig lykkju í mRNA-sameindinni. Hettubindipróteinið eIF4F færir mRNA-flókann saman við 40S-ríbósómflókann. Ríbósómið skannar síðan eftir mRNA þar til það finnur ræsitáknið AUG. Þegar andtákni upphafs-tRNA og ræsitáknið raðast saman verður GTP-vatnsrof, upphafsþættirnir losna og stóra 60S-ríbósómundireiningin binst til að mynda þýðingarflókann. Binding eIF-2 við RNA er stjórnað með fosfórun. Ef eIF-2 er fosfórað verður lögunarbreyting á því og það getur ekki bundist GTP. Þess vegna getur upphafsflókinn ekki myndast rétt og þýðing hindrast (Mynd 16.14). Þegar eIF-2 helst ófosfórað getur upphafsflókinn myndast eðlilega og þýðing haldið áfram.

Aukin fosfórun eIF-2 hefur sést hjá sjúklingum með taugahrörnunarsjúkdóma á borð við Alzheimer-sjúkdóm, Parkinsons-sjúkdóm og Huntingtons-sjúkdóm. Hvaða áhrif heldur þú að þetta gæti haft á próteinmyndun?

Próteinmyndun yrði hindruð.

Efnafræðilegar breytingar, virkni prótína og líftími

Prótínum má breyta efnafræðilega með því að bæta við hópum, þar á meðal metýl-, fosfat-, asetýl- og úbíkítínhópum. Viðbót eða fjarlæging slíkra hópa af prótínum stjórnar virkni þeirra eða því hversu lengi þau eru til staðar í frumunni. Stundum geta þessar breytingar stjórnað því hvar prótín er að finna í frumunni, til dæmis í kjarnanum, í umfryminu eða tengt frumuhimnunni.

Efnafræðilegar breytingar verða sem svar við ytra áreiti, svo sem streitu, næringarskorti, hita eða útfjólublárri geislun. Þessar breytingar geta breytt aðgengi sem stjórnast af utangenaerfðum, umritun, stöðugleika mRNA eða þýðingu, og allt leiðir þetta til breytinga á tjáningu ýmissa gena. Þetta er skilvirk leið fyrir frumuna til að breyta hratt magni tiltekinna prótína sem svar við umhverfinu. Þar sem prótín koma við sögu á öllum stigum genastjórnunar getur fosfórun prótíns, eftir því hvaða prótíni er breytt, breytt aðgengi að litningi, breytt umritun með því að hafa áhrif á bindingu eða virkni umritunarþátta, breytt flutningi inn í og út úr kjarna með því að hafa áhrif á breytingar á kjarnaholuflókanum, breytt stöðugleika RNA með því að bindast eða bindast ekki RNA til að stjórna stöðugleika þess, breytt þýðingu með því að auka hana eða minnka, eða breytt breytingum eftir þýðingu með því að bæta við eða fjarlægja fosföt eða aðrar efnafræðilegar breytingar.

Viðbót úbíkítínhóps við prótín merkir prótínið fyrir niðurbrot. Úbíkítín virkar eins og merki um að líftíma prótínsins sé lokið. Þessi prótín eru flutt í próteasóm, prótínflóka sem brýtur niður prótín, til niðurbrots (Mynd 16.15). Ein leið til að stjórna genatjáningu er því að breyta líftíma prótínsins.