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林金钟等揭示菌核糖体完整回收复合物的工作原理

核糖体在翻译mRNA遇到终止密码子即预示着这条mRNA编码的蛋白质已经合成完毕,在释放新生肽链后,核糖体需要重新解聚为大小亚基参与其他mRNA的翻译。这个再循环过程需要两个保守的蛋白质因子: 延伸因子G(Elongation Factor G) 和核糖体回收因子RRF 的参与。作为原核核糖体领域几个悬而未决的重要问题之一,这一过程的分子机制一直没能被完全阐明。

林金钟等揭示菌核糖体完整回收复合物的工作原理
林金钟等揭示菌核糖体完整回收复合物的工作原理

2019年12月23日,复旦大学生命科学学院林金钟课题组和德克萨斯大学医学部(University of Texas Medical Branch) Matthieu Gagnon 课题组合作在Nature Structural & Molecular Biology杂志上发表了题为“Structural Basis for Ribosome Recycling by RRF and tRNA”的研究论文,解析了一个细菌核糖体完整回收复合物的晶体结构,包含核糖体大小亚基、EF-G、RRF以及两个脱酰tRNA,首次在原子水平揭示了它们之间丰富的相互作用,使我们对核糖体回收过程有了清晰的答案。

 

林金钟等揭示菌核糖体完整回收复合物的工作原理

该结构显示RRF在EF-G的作用下不仅破坏了核糖体大小亚基之间的关键桥接结构,而且还诱导了核糖体上位于P-位点的tRNA形成一个新的构象,在文章中被命名为p/R tRNA。早期研究发现编码最后一个密码子的tRNA对核糖体的有效回收起了关键的作用。结构显示这个tRNA在RRF的作用下发生了大幅的构象变化和扭曲,导致其两端分别对大小亚基产生了一个类似于弹簧一样的推力。伴随着大小亚基桥接的松动,p/R  tRNA加剧了大小亚基的分离。该结构还发现回收复合物中tRNA的p/R构象与翻译起始过程中initiator tRNA 的p/I构象非常接近,暗示了tRNA在起始过程中大小亚基的装配和回收过程中大小亚基的分离扮演了类似的角色。

林金钟课题组博士后周德健和德克萨斯大学医学部的Takehito Tanzawa 博士为该论文的并列第一作者,林金钟教授和德克萨斯大学医学部的Matthieu Gagnon教授为该论文的通讯作者。该研究得到了上海同步辐射光源BL17U线站和美国阿贡实验室APS同步光源24-ID-C线站的帮助。

原文链接:
https://doi.org/10.1038/s41594-019-0350-7

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