タンパク質合成速度とリボソーム占有率が翻訳伸長速度の決定因子であることを明らかにした

Protein synthesis rates and ribosome occupancies reveal determinants of translation elongation rates.

• Andrea Riba
• Noemi Di Nanni
• Nitish Mittal
• Erik Arhné
• Alexander Schmidt
• Mihaela Zavolan

抄録

タンパク質合成のダイナミクスは理論モデルやリボソームフットプリントのプロファイリングによって研究されてきたが、オープンリーディングフレーム（ORF）に沿ったリボソームフラックスの決定因子は完全には解明されていない。本研究では、リボソームフットプリントデータとタンパク質合成速度の測定値を組み合わせ、指数関数的に成長する野生型酵母細胞の1,000以上のORFについて、翻訳開始速度と伸長速度を推定した。その結果、合成されたタンパク質のアミノ酸組成は、コドンやトランスファーRNA(tRNA)の適応に関連するパラメータと同様に、翻訳伸長速度の決定因子として重要であることがわかった。リボソームの衝突が酵母転写物のタンパク質出力を抑制している証拠は、指数関数的な成長に伴う高い翻訳条件でも、個々のリボソームタンパク質（RP）遺伝子の欠失が全体的な翻訳の増加または減少をもたらす株でも見当たらなかった。翻訳伸長が遅いのは、RPをコードする転写物の特徴であり、リボソーム密度が同じくらい高い他の転写物と比較して、タンパク質出力が著しく低い。

Although protein synthesis dynamics has been studied both with theoretical models and by profiling ribosome footprints, the determinants of ribosome flux along open reading frames (ORFs) are not fully understood. Combining measurements of protein synthesis rate with ribosome footprinting data, we here inferred translation initiation and elongation rates for over a 1,000 ORFs in exponentially growing wild-type yeast cells. We found that the amino acid composition of synthesized proteins is as important a determinant of translation elongation rate as parameters related to codon and transfer RNA (tRNA) adaptation. We did not find evidence of ribosome collisions curbing the protein output of yeast transcripts, either in high translation conditions associated with exponential growth, or in strains in which deletion of individual ribosomal protein (RP) genes leads to globally increased or decreased translation. Slow translation elongation is characteristic of RP-encoding transcripts, which have markedly lower protein output compared with other transcripts with equally high ribosome densities.

Copyright © 2019 the Author(s). Published by PNAS.