開始因子3のN末端ドメインとC末端ドメインが、リボソームサブユニットの開始と結合防止の忠実性に寄与している

Contributions of the N- and C-Terminal Domains of Initiation Factor 3 to Its Functions in the Fidelity of Initiation and Antiassociation of the Ribosomal Subunits.

• Shreya Ahana Ayyub
• Divya Dobriyal
• Umesh Varshney

抄録

開始因子3（IF3）は、タンパク質合成と細胞生存に不可欠な3つの保存された原核生物の翻訳開始因子の1つである。細菌のIF3は、リンカー領域によって結合された球状のN末端ドメインとC末端ドメイン（NTDとCTD）の保存されたアーキテクチャで構成されています。IF3はリボソームアンチアソシエーション因子であり、開始コドンと開始tRNAの選択を調節する。IF3の機能はすべてCTDに起因しているとの研究報告がある。しかし、これらの知見の関連性については調査されていない。本研究では、IF3()の完全ノックアウトと部分ノックアウトを作製し、様々な欠失コンストラクトを用いた相補解析を行うことで、CTDは生存に必須であるが、NTDは生存に必須ではないことを示した。ポリソームプロファイルは、CTDが単独で30Sリボソームサブユニットに結合し、リボソームアンチアソシエーション機能を果たすことを再確認した。重要なことに、NTDが存在しない場合、細菌の増殖は損なわれ、細胞増殖のフィットネスにおけるNTDの役割を示している。開始のためのレポーターアッセイを使用して、我々は、（i）非AUGコドンからの開始を回避し、（ii）IF3と協働して機能することが知られている3つの高度に保存された連続したGCペアを欠いた開始tRNAによる開始を回避することによって、NTDがIF3の忠実性機能に重要な役割を果たしていることを示しています。開始因子3は、正準的な開始コドンを持つmRNAとリボソームP部位の開始tRNAとの開始複合体の形成を確実にすることにより、真菌の翻訳開始の忠実性を調節している。さらに、IF3は50Sリボソームサブユニットと30S前開始複合体の早期結合を防ぐ。本研究の意義は、C末端ドメインだけでは細菌の生育を維持できないが、N末端ドメインがタンパク質合成の開始の忠実性と生育の適性を高めることを実証したことにある。

Initiation factor 3 (IF3) is one of the three conserved prokaryotic translation initiation factors essential for protein synthesis and cellular survival. Bacterial IF3 is composed of a conserved architecture of globular N- and C-terminal domains (NTD and CTD) joined by a linker region. IF3 is a ribosome antiassociation factor which also modulates selection of start codon and initiator tRNA. All the functions of IF3 have been attributed to its CTD by studies. However, the relevance of these findings has not been investigated. By generating complete and partial IF3 () knockouts in and by complementation analyses using various deletion constructs, we show that while the CTD is essential for survival, the NTD is not. Polysome profiles reaffirm that CTD alone can bind to the 30S ribosomal subunit and carry out the ribosome antiassociation function. Importantly, in the absence of the NTD, bacterial growth is compromised, indicating a role for the NTD in the fitness of cellular growth. Using reporter assays for initiation, we show that the NTD plays a crucial role in the fidelity function of IF3 by avoiding (i) initiation from non-AUG codons and (ii) initiation by initiator tRNAs lacking the three highly conserved consecutive GC pairs (in the anticodon stem) known to function in concert with IF3. Initiation factor 3 regulates the fidelity of eubacterial translation initiation by ensuring the formation of an initiation complex with an mRNA bearing a canonical start codon and with an initiator tRNA at the ribosomal P site. Additionally, IF3 prevents premature association of the 50S ribosomal subunit with the 30S preinitiation complex. The significance of our work in is in demonstrating that while the C-terminal domain alone sustains for its growth, the N-terminal domain adds to the fidelity of initiation of protein synthesis and to the fitness of the bacterial growth.

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