Кодон ССС пролина, предшествующий стоп-кодону, модулирует терминацию трансляции эукариот в зависимости от молекулярного окружения

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

У бактерий кодоны глицина и пролина, расположенные перед стоп-кодоном, подавляют терминацию трансляции. Однако влияние данных кодонов на терминацию трансляции у эукариот систематически не изучено. В данной работе показано, что кодон пролина ССС, предшествующий стоп-кодону, замедляет терминацию эукариотической трансляции при синтезе длинного белка. Однако при синтезе короткого пептида пролиновый кодон в этом положении, напротив, стимулирует образование терминационных комплексов. Кроме того, описана роль одного из основных регуляторов терминации эукариотической трансляции — белка PABP, связывающегося с поли(А)-хвостом мРНК, в модуляции терминации трансляции 5ʹ-контекстом стоп-кодона. Обнаружено, что при синтезе короткого пептида PABP снижает зависимость терминации трансляции от влияния 5ʹ-контекстов стоп-кодонов, а при синтезе длинного белка стимулирует терминацию трансляции независимо от 5ʹ-контекста стоп-кодона.

Об авторах

Н. С. Бизяев

Институт молекулярной биологии им. В. А. Энгельгардта Российской академии наук

Москва, 119991 Россия

А. В. Шувалов

Институт молекулярной биологии им. В. А. Энгельгардта Российской академии наук; Центр высокоточного редактирования и генетических технологий для биомедицины, Институт молекулярной биологии им. В. А. Энгельгардта Российской академии наук

Москва, 119991 Россия; Москва, 119991 Россия

Е. З. Алкалаева

Институт молекулярной биологии им. В. А. Энгельгардта Российской академии наук; Центр высокоточного редактирования и генетических технологий для биомедицины, Институт молекулярной биологии им. В. А. Энгельгардта Российской академии наук

Email: alkalaeva@eimb.ru
Москва, 119991 Россия; Москва, 119991 Россия

Список литературы

  1. Alkalaeva E.Z., Pisarev A.V., Frolova L.Y., Kisselev L.L., Pestova T.V. (2006) In vitro reconstitution of eukaryotic translation reveals cooperativity between release factors eRF1 and eRF3. Cell. 125, 1125–1136.
  2. Hellen C.U.T. (2018) Translation termination and ribosome recycling in eukaryotes. Cold Spring Harbor Persp. Biol. 10, I. 10. 1–18.
  3. Egorova T., Biziaev N., Shuvalov A., Sokolova E., Mukba S., Evmenov K., Zotova M., Kushchenko A., Shuvalova E., Alkalaeva E. (2021) eIF3j facilitates loading of release factors into the ribosome. Nucl. Acids Res. 49, 11181–11196.
  4. Ivanov A., Mikhailova T., Eliseev B., Yeramala L., Sokolova E., Susorov D., Shuvalov A., Schaffitzel C., Alkalaeva E. (2016) PABP enhances release factor recruitment and stop codon recognition during translation termination. Nucl. Acids Res. 44, 7766–7776.
  5. Biziaev N., Shuvalov A., Salman A., Egorova T., Shuvalova E., Alkalaeva E. (2024) The impact of mRNA poly(A) tail length on eukaryotic translation stages. Nucl. Acids Res. 52, 7792–7808.
  6. Wu C., Roy B., He F., Yan K., Jacobson A. (2020) Poly(A)-binding protein regulates the efficiency of translation termination. Cell Rep. 33, 108399.
  7. Ivanov P.V., Gehring N.H., Kunz J.B., Hentze M.W., Kulozik A.E. (2008) Interactions between UPF1, eRFs, PABP and the exon junction complex suggest an integrated model for mammalian NMD pathways. EMBO J. 27, 736–747.
  8. Cosson B., Berkova N., Couturier A., Chabelskaya S., Philippe M., Zhouravleva G. (2002) Poly(A)-binding protein and eRF3 are associated in vivo in human and Xenopus cells. Biol. Cell. 94, 205–216.
  9. Hoshino S., Imai M., Kobayashi T., Uchida N., Katada T. (1999) The eukaryotic polypeptide chain releasing factor (eRF3/GSPT) carrying the translation termination signal to the 3ʹ-poly(A) tail of mRNA. J. Biol. Chem. 274, 16677–16680.
  10. Uchida N., Hoshino S., Imataka H., Sonenberg N., Katada T. (2002) A novel role of the mammalian GSPT/eRF3 associating with poly(A)-binding protein in cap/poly(A)-dependent translation. J. Biol. Chem. 277, 50286–50292.
  11. Бизяев Н.С., Егорова Т.В., Алкалаева Е.З. (2022) Динамика структуры мРНК эукариот в ходе трансляции. Молекуляр. биология. 56, 451–464.
  12. Lima S.A., Chipman L.B., Nicholson A.L., Chen Y.H., Yee B.A., Yeo G.W., Coller J., Pasquinelli A.E. (2017) Short poly(A) tails are a conserved feature of highly expressed genes. Nat. Struct. Mol. Biol. 24, 1057–1063.
  13. Beier H., Grimm M. (2001) Misreading of termination codons in eukaryotes by natural nonsense suppressor tRNAs. Nucl. Acids Res. 29, 4767–4782.
  14. Bertram G., Innes S., Minella O., Richardson J., Stansfield I. (2001) Endless possibilities: translation termination and stop codon recognition. Microbiology. 147, 255–269.
  15. Roy B., Leszyk J.D., Mangus D.A., Jacobson A. (2015) Nonsense suppression by near-cognate tRNAs employs alternative base pairing at codon positions 1 and 3. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 112, 3038–3043.
  16. Vallabhaneni H., Fan-Minogue H., Bedwell D.M., Farabaugh P.J. (2009) Connection between stop codon reassignment and frequent use of shifty stop frameshifting. RNA. 15, 889–897.
  17. Kurian L., Palanimurugan R., Gödderz D., Dohmen R.J. (2011) Polyamine sensing by nascent ornithine decarboxylase antizyme stimulates decoding of its mRNA. Nature. 477, 490–494.
  18. Amrani N., Sachs M.S., Jacobson A. (2006) Early nonsense: mRNA decay solves a translational problem. Nat. Rev. Mol. Cell. Biol. 7, 415–425.
  19. Celik A., Kervestin S., Jacobson A. (2015) NMD: at the crossroads between translation termination and ribosome recycling. Biochimie. 114, 2–9.
  20. Raimondeau E., Bufton J.C., Schaffitzel C. (2018) New insights into the interplay between the translation machinery and nonsense-mediated mRNA decay factors. Biochem. Soc. Trans. 46, 503–512.
  21. Embree C.M., Abu-Alhasan R., Singh G. (2022) Features and factors that dictate if terminating ribosomes cause or counteract nonsense-mediated mRNA decay. J. Biol. Chem. 298, 102592.
  22. Соколова Е.Е., Власов П.К., Егорова Т.В., Шувалов А.В., Алкалаева Е.З. (2020) Влияние А/G-состава 3ʹ-контекстов стоп-кодонов на терминацию трансляции у эукариот. Молекуляр. биология. 54, 837–848.
  23. Cridge A.G., Crowe-McAuliffe C., Mathew S.F., Tate W.P. (2018) Eukaryotic translational termination efficiency is influenced by the 3′ nucleotides within the ribosomal mRNA channel. Nucl. Acids Res. 46, 1927–1944.
  24. Björnsson A., Mottagui-Tabar S., Isaksson L.A. (1996) Structure of the C-terminal end of the nascent peptide influences translation termination. EMBO J. 15, 1696–1704.
  25. Mottagui-Tabar S., Tuite M.F., Isaksson L.A. (1998) The influence of 5’ codon context on translation termination in Saccharomyces cerevisiae. Eur. J. Biochem. 257, 249–254.
  26. Tork S., Hatin I., Rousset J.P., Fabret C. (2004) The major 5ʹ determinant in stop codon read-through involves two adjacent adenines. Nucl. Acids Res. 32, 415–421.
  27. Wangen J.R., Green R. (2020) Stop codon context influences genome-wide stimulation of termination codon readthrough by aminoglycosides. ELife. 9, 1–29.
  28. Dabrowski M., Bukowy-Bieryllo Z., Zietkiewicz E. (2015) Translational readthrough potential of natural termination codons in eucaryotes — The impact of RNA sequence. RNA Biol. 12, 950–958.
  29. Cassan M., Rousset J.P. (2001) UAG readthrough in mammalian cells: effect of upstream and downstream stop codon contexts reveal different signals. BMC Mol. Biol. 2, article number 3, 1–8.
  30. Bonetti B., Fu L., Moon J., Bedwell D.M. (1995) The efficiency of translation termination is determined by a synergistic interplay between upstream and downstream sequences in Saccharomyces cerevisiae. J. Mol. Biol. 251, 334–345.
  31. Loughran G., Chou M.Y., Ivanov I.P., Jungreis I., Kellis M., Kiran A.M., Baranov P.V., Atkins J.F. (2014) Evidence of efficient stop codon readthrough in four mammalian genes. Nucl. Acids Res. 42, 8928–8938.
  32. Williams I., Richardson J., Starkey A., Stansfield I. (2004) Genome-wide prediction of stop codon readthrough during translation in the yeast Saccharomyces cerevisiae. Nucl. Acids Res. 32, 6605–6616.
  33. Bohlen J., Harbrecht L., Blanco S., Clemm von Hohenberg K., Fenzl K., Kramer G., Bukau B., Teleman A.A. (2020) DENR promotes translation reinitiation via ribosome recycling to drive expression of oncogenes including ATF4. Nat. Commun. 11, 4676, 1–15.
  34. Young D.J., Meydan S., Guydosh N.R. (2021) 40S ribosome profiling reveals distinct roles for Tma20/Tma22 (MCT-1/DENR) and Tma64 (eIF2D) in 40S subunit recycling. Nat. Commun. 12, 2976, 1–16.
  35. Young D.J., Guydosh N.R. (2022) Rebirth of the translational machinery: the importance of recycling ribosomes. BioEssays. 44, 2100269, 1–16.
  36. Kolakada D., Fu R., Biziaev N., Shuvalov A., Lore M., Campbell A.E., Cortázar M.A., Sajek M.P., Hesselberth J.R., Mukherjee N., Alkalaeva E., Coban-Akdemir Z.H., Jagannathan S. (2025) Systematic analysis of nonsense variants uncovers peptide release rate as a novel modifier of nonsense-mediated mRNA decay. Cell Genomics, 100882.
  37. Pierson W.E., Hoffer E.D., Keedy H.E., Simms C.L., Dunham C.M., Zaher H.S. (2016) Uniformity of peptide release is maintained by methylation of release factors. Cell Rep. 17, 11–18.
  38. Meydan S., Guydosh N.R. (2020) Disome and trisome profiling reveal genome-wide targets of ribosome quality control. Mol. Cell. 79, 588–602.e6.
  39. Schuller A.P., Wu C.C.C., Dever T.E., Buskirk A.R., Green R. (2017) eIF5A functions globally in translation elongation and termination. Mol. Cell. 66, 194–205.e5.
  40. Gutierrez E., Shin B.-S., Woolstenhulme C.J., Kim J.-R., Saini P., Buskirk A.R., Dever T.E. (2013) eIF5A promotes translation of polyproline motifs. Mol. Cell. 51, 35–45.
  41. Schuller A.P., Green R. (2018) Roadblocks and resolutions in eukaryotic translation. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 19, 526–541.
  42. Doerfel L.K., Wohlgemuth I., Kothe C., Peske F., Urlaub H., Rodnina M.V. (2013) EF-P is essential for rapid synthesis of proteins containing consecutive proline residues. Science. 339, 85–88.
  43. Ude S., Lassak J., Starosta A.L., Kraxenberger T., Wilson D.N., Jung K. (2013) Translation elongation factor EF-P alleviates ribosome stalling at polyproline stretches. Science. 339, 82–85.
  44. Pavlov M.Y., Watts R.E., Tan Z., Cornish V.W., Ehrenberg M., Forster A.C. (2009) Slow peptide bond formation by proline and other N-alkylamino acids in translation. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 106, 50–54.
  45. Wohlgemuth I., Brenner S., Beringer M., Rodnina M.V. (2008) Modulation of the rate of peptidyl transfer on the ribosome by the nature of substrates. J. Biol. Chem. 283, 32229–32235.
  46. Коростелев А.A. (2021) Различия и сходство процессов терминации трансляции и спасения рибосомы в бактериальных клетках и в митохондриях и цитоплазме эукариотических клеток. Биохимия. 86, 1328–1344.
  47. Donnelly M.L.L., Luke G., Mehrotra A., Li X., Hughes L.E., Gani D., Ryan M.D. (2001) Analysis of the aphthovirus 2A/2B polyprotein “cleavage” mechanism indicates not a proteolytic reaction, but a novel translational effect: а putative ribosomal “skip.” J. Gen. Virol. 82, 1013–1025.
  48. Sharma P., Yan F., Doronina V.A., Escuin-Ordinas H., Ryan M.D., Brown J.D. (2012) 2A peptides provide distinct solutions to driving stop-carry on translational recoding. Nucl. Acids Res. 40, 3143–3151.
  49. Ito K., Chiba S. (2013) Arrest peptides: сis-acting modulators of translation. Annu. Rev. Biochem. 82, 171–202.
  50. Shuvalov A., Shuvalova E., Biziaev N., Sokolova E., Evmenov K., Pustogarov N., Arnautova A., Matrosova V., Egorova T., Alkalaeva E. (2021) Nsp1 of SARS-CoV-2 stimulates host translation termination. RNA Biol. 18, sup.2, 1–14.
  51. Shuvalov A., Klishin A., Biziaev N., Shuvalova E., Alkalaeva E. (2024) Functional аctivity of isoform 2 of human eRF1. Internat. J. Mol. Sci. 25, 7997.
  52. Susorov D., Egri S., Korostelev A.A. (2020) Termi-Luc: a versatile assay to monitor full-protein release from ribosomes. RNA. 26, 2044–2050.
  53. Egorova T., Sokolova E., Shuvalova E., Matrosova V., Shuvalov A., Alkalaeva E. (2019) Fluorescent toeprinting to study the dynamics of ribosomal complexes. Methods. 162–163, 54–59.
  54. Shirokikh N.E., Alkalaeva E.Z., Vassilenko K.S., Afonina Z.A., Alekhina O.M., Kisselev L.L., Spirin A.S. (2009) Quantitative analysis of ribosome-mRNA complexes at different translation stages. Nucl. Acids Res. 38. e15.
  55. Holm S. (1979) A simple sequentially rejective multiple test procedure. Scandinavian J. Statistics. 6, 65–70.
  56. Frolova L.Y., Tsivkovskii R.Y., Sivolobova G.F., Oparina N.Y., Serpinsky O.I., Blinov V.M., Tatkov S.I., Kisselev L.L. (1999) Mutations in the highly conserved GGQ motif of class I polypeptide release factors abolish ability of human eRF1 to trigger peptidyl-tRNA hydrolysis. RNA. 5, 1014–1020.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».