真核翻译起始因子eIF3和eIF5的结构生物学研究

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真核生物的蛋白翻译起始是一个复杂的细胞活动进程,它需要一系列的蛋白参与,这些蛋白就被称为真核翻译起始因子(eukaryotic initiation factor,简称为eIF)。目前已经发现了至少12种不同的起始因子。利用蛋白质晶体学的方法,我们成功解析了eIF3中k亚基的全长结构以及eIF5的C端结构域的结构;并尝试用电子显微镜来研究eIF3复合物的整体结构。对eIF3和eIF5这两种真核起始因子结构和功能关系的研究将帮助人们进一步认识真核生物中蛋白质的合成过程。eIF3是起始因子中分子量最大和最复杂的,它在翻译起始进程中扮演着非常重要的角色。哺乳动物的eIF3由13个亚基组成。eIF3k是其中最小的一个亚基。,其在哺乳动物、昆虫及植物中广泛存在,但不存在于酵母中,。这就提示eIF3k可能在高等真核生物中发挥独特作用。人源eIF3k的晶体结构是eIF3复合物中获得的第一个亚基的结构。这一全新结构包含了N端HAM(HEAT analog motif)结构域和C端WH(winged-helix)结构域。HAM结构域是一个超螺旋结构花样,而WH结构域属于helix-turn-helix结构花样。虽然已知的大多数WH结构域参与DNA或RNA结合,但深入分析显示WH结构域更可能参与蛋白-蛋白间相互作用。而且HEAT结构域被认为是在蛋白间结合中发挥作用,因此,eIF3k应是一类支架蛋白。分析保守残基在eIF3k蛋白结构表面的定位,可以得到eIF3k与其他eIF3亚基结合的3个可能区域。为了进一步研究eIF3的整体结构,我们制备了eIF3复合物的样品,并利用电子显微镜来观察,得到了初步的结果。eIF5是GTP酶激活蛋白,可以激活eIF2的GTP酶活性。其在前起始复合物的聚合和AUG起始密码子的正确识别中扮演关键的角色。酵母的翻译起始中存在特殊的多因子复合物(MFC),它是43S前起始复合物的重要的中间体。通过与eIF2、eIF3等其他eIF的相互作用,eIF5的C端结构域(eIF5-CTD)在MFC的形成中扮演着结构核心的角色。因此,eIF5-CTD也发挥着支架蛋白的作用。酵母eIF5-CTD的结构显示它是一个非典型的HEAT结构花样。通过分析eIF5-CTD的表面静电势和保守残基的分布,发现eIF5-CTD与其他eIF的大部分可能的结合面与之前的实验证据吻合,同时也揭示了新的可能的结合面。eIF5-CTD结构的解析将有助于了解MFC的形成的分子机制。真核翻译起始是一个由大量蛋白-蛋白间相互作用的构成的系统。翻译起始因子中包含有许多支架蛋白,它们是这个复杂系统的核心。这些支架蛋白通过把互相关联的翻译起始因子联系到一起,从而使翻译起始能够顺利进行。而在这些蛋白中,包括eIF3k和eIF5-CTD在内的许多已获得三维结构的支架蛋白都含有HEAT或HEAT类似结构域。这一现象提示我们,HEAT结构域作为一个结构单位在真核翻译起始中发挥着重要的作用。
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