真核翻譯起始因子在蛋白翻譯中的作用

張行政

摘 要：真核蛋白的翻譯是一個重要而又復雜的過程，在這一過程中，需要一系列真核翻譯起始因子（eIF）的參與，這些蛋白質有助于穩定起始密碼子周圍核糖體預啟動復合物的形成，并且是轉錄后基因調控的重要因子。與原核起始因子相比，真核起始因子的種類復雜多樣。它們通過在翻譯過程中與核糖體、tRNA、mRNA相互作用，使得蛋白翻譯有條不紊的進行，進而維持細胞正常的生命活動。目前已經發現的真核翻譯起始因子有十多種，本文主要介紹幾種重要的真核翻譯起始因子的結構以及在蛋白合成中的調節作用。

關鍵詞：真核蛋白;翻譯起始因子;蛋白翻譯;調節作用

1.真核細胞翻譯前的準備是使起始tRNA正確結合在核糖體的P位點上，并且使得mRNA的起始AUG密碼子能夠正確配對，進而在多種真核翻譯起始因子的參與下，最終使得核糖體大小結合，形成一個完整的結合mRNA的核糖體。[1]這期間，真核翻譯起始因子行使著各自不同的功能并構成一個相互作用的網絡。

2.eIF1和eIF1A

eIF1和eIF1A都與40S核糖體亞基-mRNA復合體結合。它們共同誘導了mRNA結合通道的“開放”構象，這對于tRNA傳遞和啟動密碼子識別至關重要。eIF1與40S亞基的解離被認為是起始密碼子識別的關鍵步驟。eIF1和eIF1A是小蛋白（在人類中分別為13和16kDa），都是43S的組成部分。eIF1結合在核糖體P位點附近，而eIF1A結合在A位點附近，其方式分別類似于結構上和功能上相關的細菌對應物IF3和IF1。[2]

2.1 eIF2

eIF2是負責將起始氨酰tRNA傳遞到預起始復合物的P位的主要蛋白質復合物。eIF2對帶有氨酰起始tRNA具有特異性，這不同于用于延長多肽鏈的其他帶有甲硫氨酸的tRNA。[3]將起始氨酰tRNA放置在P位的AUG起始密碼子后，eIF1和eIF1A解離，核糖體大小亞基結合。這種水解標志著延伸的開始。eIF2具有三個亞基，即eIF2α，β和γ。前一個α亞基是調節磷酸化的靶標，對于可能需要調控蛋白質合成以響應細胞信號事件的細胞特別重要。eIF2α磷酸化后，成為與鳥苷酸交換因子eIF2B結合的未磷酸化eIF2的競爭性抑制劑，進而降低翻譯表達。

2.2 eIF3

eIF3獨立結合40S核糖體亞基，多種起始因子以及細胞和病毒mRNA。[4]在哺乳動物中，eIF3是最大的起始因子，由13個亞基（a-m）組成。它的分子量約為800kDa，可控制具有5'帽或IRES的mRNA上40S核糖體亞基的裝配。eIF3可以使用eIF4F復合物，或者在內部啟動過程中使用IRES，將mRNA鏈置于40S核糖體亞基的出口位點附近，從而促進功能性預啟動復合物的組裝。在許多人類癌癥中，eIF3a，b，c，h，i和m亞基過度表達，而e和f亞基表達不足[5]。解釋這種失調的一種潛在機制來自以下發現：eIF3結合特定的一組細胞增殖調節劑mRNA轉錄物并調節其翻譯。[6]eIF3還通過S6K1和mTOR/Raptor介導細胞信號傳導，以實現翻譯調控。

2.3 eIF4F

eIF4F復合體由三個亞基組成：eIF4A，eIF4E和eIF4G。每個亞基都有多種人類同工型，并且存在其他eIF4蛋白：eIF4B和eIF4H。eIF4G是一種175.5kDa的支架蛋白，可與eIF3和Poly（A）結合蛋白（PABP）以及eIF4F復合體的其他成員相互作用。eIF4E識別并結合mRNA的5'帽結構，而eIF4G結合PABP，后者結合了poly（A）尾巴，可能使結合的mRNA環化并激活。eIF4A–DEAD盒RNA解旋酶，對于解析mRNA二級結構很重要。eIF4B包含兩個RNA結合結構域。一個非特異性地與mRNA相互作用，而第二個特異性結合小核糖體亞基的18S部分。它充當eIF4A的靶點和關鍵輔助因子。它也是S6K的底物，當被磷酸化時，它會促進預起始復合物的形成。在脊椎動物中，eIF4H是一個附加的起始因子，其功能與eIF4B相似。

2.4 eIF5

eIF5是一種GTPase激活蛋白，可幫助大核糖體亞基與小亞基結合。它是eIF2水解GTP所必需的，并且含有不尋常的氨基酸hy素。eIF5A是EF-P的真核同源物。它有助于伸長，并且在終止中也起作用。[7]eIF5B是一種GTPase，參與完整核糖體的組裝。它是細菌IF2的功能性真核類似物。[8]

真核翻譯起始過程是一個比較復雜的過程， 在各種真核翻譯因子調節的同時，也被細胞內各種信號途徑所調節。目前仍舊有一些未知的調節機制，影響著細胞發育及基因表達，對于這個過程的研究將有助于我們更好理解真核翻譯因子與信號途徑的關系。

參考文獻：

[1]陳銘.真核生物翻譯起始因子eIF2在哺乳動物中的磷酸化調節.科協論壇.2007，1007-3973（2007）07-45-02：45-47.

[2]Fraser CS （July 2015）. "Quantitative studies of mRNA recruitment to the eukaryotic ribosome". Biochimie.

[3]Aitken CE， Lorsch JR （June 2012）. "A mechanistic overview of translation initiation in eukaryotes". Nature Structural & Molecular Biology. 19 （6）： 568-76. 2303.

[4]Hinnebusch AG （October 2006）. "eIF3： a versatile scaffold for translation initiation complexes". Trends in Biochemical Sciences. 31 （10）： 553-62. 2006.08.005.

[5]Hershey JW （July 2015）. "The role of eIF3 and its individual subunits in cancer". Biochimica et Biophysica Acta. 1849 （7）： 792–800. 2014.10.005.

[6]Lee AS， Kranzusch PJ， Cate JH （June 2015）. "eIF3 targets cell-proliferation messenger RNAs for ranslational activation or repression". Nature. 522 （7554）： 111-4.

[7]Schuller， AP; Wu， CC; Dever， TE; Buskirk， AR; Green， R （20 April 2017）. "eIF5A Functions Globally in Translation Elongation and Termination". Molecular Cell. 66 （2）： 194-205.e5. 2017.03.003.

[8]Allen GS， Frank J （February 2007）. "Structural insights on the translation initiation complex： ghosts of a universal initiation complex". Molecular Microbiology. 63 （4）： 941-50.1365-2958.2006.