伸長因子-Ｔｕは、ｔＲＮＡ選択のプルーフリーディング段階において、リボソーム内のアミノアシル-ｔＲＮＡを繰り返し係合させることができる

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Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A..2020 02;117(7):3610-3620. 1904469117. doi: 10.1073/pnas.1904469117.Epub 2020-02-05.

伸長因子-Ｔｕは、ｔＲＮＡ選択のプルーフリーディング段階において、リボソーム内のアミノアシル-ｔＲＮＡを繰り返し係合させることができる

Elongation factor-Tu can repetitively engage aminoacyl-tRNA within the ribosome during the proofreading stage of tRNA selection.

Justin C Morse
Dylan Girodat
Benjamin J Burnett
Mikael Holm
Roger B Altman
Karissa Y Sanbonmatsu
Hans-Joachim Wieden
Scott C Blanchard

PMID: 32024753 PMCID: PMC7035488. DOI: 10.1073/pnas.1904469117.

抄録

タンパク質合成に積極的に関与するリボソームの基質は、伸長因子Tu（EF-Tu）、アミノアシルtRNA（aa-tRNA）、GTPの三元複合体である。EF-Tuは、各mRNAコドンにおけるaa-tRNA選択の速度と忠実度を高めることで、mRNAの解読に重要な役割を果たしています。ここでは、3色一分子蛍光共鳴エネルギー移動イメージングと分子動力学シミュレーションを用いて、GTP加水分解後のリボソームからのEF-TuとEF-Tuからのaa-tRNAの放出を媒介するコンフォメーションイベントのタイミングと役割を調べた。その結果、EF-Tuの構造変化が、リボソームサブユニットのペプチジルトランスフェラーゼセンターへと向かう宿舎回廊を通過するaa-tRNAの速度制限的な通過を調整していることを明らかにした。EF-Tuが放出された後にペプチド結合が形成されなかったaa-tRNAは、溶液中のEF-Tu・GTPによって、GTPの加水分解と相まって再結合されることがわかりました。これらの観察は、三元錯体形成の追加のラウンドが、特にペプチド結合の形成が遅い場合には、GTP加水分解を犠牲にしてタンパク質合成の速度と忠実性の両方を増加させるのに役立つかもしれない、校正中にリボソーム上で発生することができることを示唆している。

The substrate for ribosomes actively engaged in protein synthesis is a ternary complex of elongation factor Tu (EF-Tu), aminoacyl-tRNA (aa-tRNA), and GTP. EF-Tu plays a critical role in mRNA decoding by increasing the rate and fidelity of aa-tRNA selection at each mRNA codon. Here, using three-color single-molecule fluorescence resonance energy transfer imaging and molecular dynamics simulations, we examine the timing and role of conformational events that mediate the release of aa-tRNA from EF-Tu and EF-Tu from the ribosome after GTP hydrolysis. Our investigations reveal that conformational changes in EF-Tu coordinate the rate-limiting passage of aa-tRNA through the accommodation corridor en route to the peptidyl transferase center of the large ribosomal subunit. Experiments using distinct inhibitors of the accommodation process further show that aa-tRNA must at least partially transit the accommodation corridor for EF-Tu⋅GDP to release. aa-tRNAs failing to undergo peptide bond formation at the end of accommodation corridor passage after EF-Tu release can be reengaged by EF-Tu⋅GTP from solution, coupled to GTP hydrolysis. These observations suggest that additional rounds of ternary complex formation can occur on the ribosome during proofreading, particularly when peptide bond formation is slow, which may serve to increase both the rate and fidelity of protein synthesis at the expense of GTP hydrolysis.