mRNA GCNの周期性に敏感なリボソーム相互作用表面

A Ribosome Interaction Surface Sensitive to mRNA GCN Periodicity.

• Kristen Scopino
• Elliot Williams
• Abdelrahman Elsayed
• William A Barr
• Daniel Krizanc
• Kelly M Thayer
• Michael P Weir

抄録

リボソームがどのようにしてmRNAのオープンリーディングフレーム（ORF）を解析しているのかを理解することは、長年の課題です。リボソームがどのようにしてmRNAのオープンリーディングフレーム（ORF）を解析しているのかを理解することが長年の課題であったが、そのためには、リボソームがどのようにしてmRNAのオープンリーディングフレーム（ORF）を解析しているのかを理解する必要がある。本研究では、リボソームのAサイトに次ぐ位置にあるmRNAのGCNコドンと相互作用するリボソームrRNA-タンパク質表面を記述している。相互作用表面は、2つの積み重ねられたrRNA塩基のエッジで構成されています：16S/18S rRNA C1054のWatson-CrickエッジとA1196の隣接するHoogsteenエッジ（16S rRNAのナンバリング）。また、相互作用面の一部として、保存されたアルギニン（酵母リボソームタンパク質Rps3のR146）の平面的なグアニジニウム基がA1196に隣接して積層されている。その反対側では、相互作用面は、AサイトtRNAのウォブルアンチコドン塩基とC1054の塩基積層を介してリボソームのAサイトに固定されています。495-residueサブシステムのトランスロケーションリボソームの分子動力学シミュレーションを使用して、我々は、以前の低温電子顕微鏡観察と一致して、ネクストインラインコドンの1の位置にヌクレオチドGにC1054の塩基対を観察し、2の位置にCにA1196とR146の水素結合がありました。C1054-A1196-R146（CAR）表面におけるこれらの配列敏感なmRNA-リボソーム相互作用は、GCNによるタンパク質翻訳の制御に寄与している可能性がある。

A longstanding challenge is to understand how ribosomes parse mRNA open reading frames (ORFs). Significantly, GCN codons are over-represented in the initial codons of ORFs of prokaryote and eukaryote mRNAs. We describe a ribosome rRNA-protein surface that interacts with an mRNA GCN codon when next in line for the ribosome A-site. The interaction surface is comprised of the edges of two stacked rRNA bases: the Watson-Crick edge of 16S/18S rRNA C1054 and the adjacent Hoogsteen edge of A1196 ( 16S rRNA numbering). Also part of the interaction surface, the planar guanidinium group of a conserved Arginine (R146 of yeast ribosomal protein Rps3) is stacked adjacent to A1196. On its other side, the interaction surface is anchored to the ribosome A-site through base stacking of C1054 with the wobble anticodon base of the A-site tRNA. Using molecular dynamics simulations of a 495-residue subsystem of translocating ribosomes, we observed base pairing of C1054 to nucleotide G at position 1 of the next-in-line codon, consistent with previous cryo-EM observations, and hydrogen bonding of A1196 and R146 to C at position 2. Hydrogen bonding to both of these codon positions is significantly weakened when C at position 2 is changed to G, A or U. These sequence-sensitive mRNA-ribosome interactions at the C1054-A1196-R146 (CAR) surface potentially contribute to the GCN-mediated regulation of protein translation.