リボソームのフレームシフト（tRNAが介在する+1リボソームフレームシフト）のメカニズム

Mechanism of tRNA-mediated +1 ribosomal frameshifting.

• Samuel Hong
• S Sunita
• Tatsuya Maehigashi
• Eric D Hoffer
• Jack A Dunkle
• Christine M Dunham

抄録

遺伝子コードの正確な翻訳は、正しいアミノ酸配列を持つタンパク質の発現を確実にするために非常に重要である。特定のtRNAは、tRNA濃度の不均衡、tRNAの修飾不足、またはtRNAの挿入・欠失（フレームシフトサプレッサと呼ばれる）により、フレーム外シフト（すなわちフレームシフト）を引き起こす可能性があります。ここでは、フレームシフトサプレッサーtRNA（tRNAの誘導体）が、細菌のリボソームに結合したときに、4ntのコドンを翻訳するためにmRNAのフレームを再プログラムする仕組みの構造的基盤を明らかにした。アミノアシル（A）サイトでデコードした後、ペプチジル（P）サイトに結合したtRNAのアンチコドンステムループの結晶構造から、+1 mRNAフレームへの再コードを可能にするASLの構造変化が明らかになった。さらに、Pサイトでプログラムされた全長tRNAの結晶構造は、伸長因子G（EF-G）を含むトランスロケーション中間状態で観察されるものと同様に、30Sのヘッドドメインとボディドメインの広範な構造再配置を示しています。30Sの動きは、tRNAを30S出口(E)サイトに向けて配置し、mRNAフレームを定義する主要な16S rRNA-mRNA相互作用を破壊する。要約すると、EF-Gが存在しない場合のtRNAによる30Sドメインの変化は、リボソームがmRNAのグリップを失い、伸長中のtRNAの正則的な前方への移動を切り離す原因となる。

Accurate translation of the genetic code is critical to ensure expression of proteins with correct amino acid sequences. Certain tRNAs can cause a shift out of frame (i.e., frameshifting) due to imbalances in tRNA concentrations, lack of tRNA modifications or insertions or deletions in tRNAs (called frameshift suppressors). Here, we determined the structural basis for how frameshift-suppressor tRNA (a derivative of tRNA) reprograms the mRNA frame to translate a 4-nt codon when bound to the bacterial ribosome. After decoding at the aminoacyl (A) site, the crystal structure of the anticodon stem-loop of tRNA bound in the peptidyl (P) site reveals ASL conformational changes that allow for recoding into the +1 mRNA frame. Furthermore, a crystal structure of full-length tRNA programmed in the P site shows extensive conformational rearrangements of the 30S head and body domains similar to what is observed in a translocation intermediate state containing elongation factor G (EF-G). The 30S movement positions tRNA toward the 30S exit (E) site disrupting key 16S rRNA-mRNA interactions that typically define the mRNA frame. In summary, this tRNA-induced 30S domain change in the absence of EF-G causes the ribosome to lose its grip on the mRNA and uncouples the canonical forward movement of the tRNAs during elongation.