EF-G

EF-G
단백질합성GTPase
EF-G Post State PDB 4V5F.jpg
식별자
EC 번호3.6.5.3
Alt. 이름신장률 G, EF-G
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PDB 구조RCSB PDB PDBe PDBum
번역신장률 EFG/EF2
식별자
기호.Transl_elong_EFG/EF2
인터프로IPR004540
SCOP21n0u/SCOPe/SUPFAM
EFG/EF2, 도메인 IV
식별자
기호.EFG_IV
팜PF03764
빠맘 클랜CL0329
스마트SM00889
CDDcd01434

EF-G(엘로네이션 인자 G, 역사적으로 트랜스로케아제)는 단백질 번역에 관여하는 원핵생물 신장 인자이다.GTPase로서 EF-G는 리보솜을 [1]통해 전달 RNA(tRNA)와 메신저 RNA(mRNA)의 이동(전위)을 촉매한다.

구조.

스트론 오퍼론의 [2]fusA 유전자에 의해 코드화된 EF-G는 도메인 I부터 도메인 V까지 라벨이 붙은 5개의 도메인을 형성하는 704개의 아미노산으로 구성되어 있습니다.도메인 I은 구아노신 삼인산(GTP)에 결합하고 가수분해하기 때문에 G 도메인 또는 도메인 I(G)로 지칭될 수 있다.도메인 I은 또한 EF-G가 리보솜에 결합하는 것을 돕고 폴리펩타이드 [3][4]사슬의 N-말단을 포함합니다.도메인 IV는 중요한 구조 변화를 겪고 30S 리보솜 서브유닛에서 A 사이트로 들어가 A 부위에서 mRNA 및 tRNA 분자를 P [5]부위로 밀어내기 때문에 전위 시 중요하다.

5개의 도메인은 2개의 슈퍼 도메인으로 분할할 수도 있습니다.슈퍼 도메인 I은 도메인 I 및 II로 구성되며 슈퍼 도메인 II는 도메인 III - IV로 구성됩니다.슈퍼 도메인 I은 리보솜에 단단히 결합하는 역할을 하기 때문에 전위 내내 상대적으로 변경되지 않습니다.다만, 슈퍼 도메인 II 는, 전이 전(PRE) 상태로부터 전이 후(POST) 상태로 큰 회전 운동을 실시합니다.슈퍼 도메인 I은 EF-Tu의 [6][7][8]대응하는 섹션과 유사합니다.POST 상태의 슈퍼 도메인 II는 EF-Tu • GTP • aa-tRNA 3원 [9]복합체의 tRNA 분자를 모방한다.

도메인 I - V 라벨이 부착된 POST 상태의 EF-G 결정 구조.PDB ID: 4V5F

리보솜의 EF-G

L7/L12와의 바인딩

L7/L12는 세균 리보솜의 큰 리보솜 서브유닛에 있는 다중복사 단백질로, 개시인자 2, 신장인자-Tu, 방출인자 3, EF-G와 같은 특정 [10]GTPase에 결합한다.구체적으로는 L7/L12의 C-말단은 EF-G에 결합하며 GTP [4]가수분해에 필요하다.

GTPase Associated Center와의 상호작용

GTPase Associated Center(GAC; GTPase Associated Center)는 L11 줄기와 [11]SRL이라고 불리는 23S 리보솜 RNA의 두 개의 작은 영역으로 구성된 큰 리보솜 서브유닛의 영역이다.진화 과정에서 고도로 보존된 rRNA 루프로서 SRL은 GTPases가 리보솜에 결합하는 것을 돕는 데 중요하지만 GTP 가수분해에는 필수적이지 않다.SRL의 A2662 잔류물의 인산염 산소가 GTP의 [12]가수 분해에 도움이 될 수 있다는 몇 가지 증거가 있습니다.

POST 상태에서 P사이트 tRNA(주황색), E사이트 tRNA(녹색), mRNA(노란색), 신장인자 G(빨간색)와 70S 리보솜의 애니메이션.PDB ID: 4W29

단백질 신장 기능

EF-G는 각 폴리펩타이드 [1]연장 라운드의 끝에서 tRNA 및 mRNA의 리보솜으로의 전위를 촉매합니다.이 과정에서 펩티딜전달효소센터(PTC)는 아미노산 간의 펩타이드 결합 형성을 촉매하여 폴리펩타이드 사슬을 P부위 tRNA에서 A부위 tRNA로 이동시킨다.50S 및 30S 리보솜 서브유닛은 이제 서로에 대해 약 7°[13][14] 회전할 수 있다.서브유닛 회전은 큰 서브유닛에 있는 양쪽 tRNA 분자의 3' 말단이 각각 A, P 부위와 E 부위로 이동하는 것과 결합되며, 안티코돈 루프는 이동되지 않는다.첫 번째 tRNA가 하이브리드 A/P 위치를 차지하고 두 번째 tRNA가 하이브리드 P/E 위치를 차지하는 회전 리보솜 중간체는 EF-G-GTP의 [1][13]기질이다.

GTPase로서 EF-G는 GTP 결합 상태에서 A 부위 근처의 회전 리보솜에 결합하고 GTP를 가수분해하여 GDP 및 무기 인산염을 방출한다.

GTP의 가수분해는 EF-G 내에서 큰 입체구조 변화를 허용하며, A/P tRNA는 P 부위를 완전히 점유하고, P/E tRNA는 E 부위를 완전히 점유하고(그리고 리보솜 복합체를 빠져나가며), mRNA는 리보솜에 상대적으로 세 개의 뉴클레오티드를 아래로 이동시킨다.그런 다음 GDP 결합 EF-G 분자는 복합체에서 분리되며, 신장 사이클이 [1][15]다시 시작될 수 있는 또 다른 자유 A 부위가 남는다.

전위 후 2개의 tRNA(주황색 및 녹색)와 EF-G(시안색)를 가진 리보솜의 결정 구조.PDB ID : 4W29

단백질 종단 기능

단백질 신장은 mRNA에 정지 코돈이 나타날 때까지 지속되며 Class I 방출인자(RF1 또는 RF2)는 정지 코돈에 결합되어 P 부위에서 tRNA-펩타이드 결합의 가수분해를 유도하여 새롭게 형성된 단백질이 리보솜에서 배출된다.초기 펩타이드는 70S 리보솜, mRNA, 탈아실화 tRNA(P 부위) 및 Class I 방출 인자(A 부위)[16][17]를 계속 접고 남는다.

GTP 의존적인 방법으로 후속 재활용은 RF3/prfC, Ribosome 재활용 계수(RF), Initiation Factor 3(IF3) 및 EF-G라는 이름의 클래스 II 방출 인자에 의해 촉매된다.RF3 단백질은 클래스 I 방출 인자를 방출하여 리보솜 A 부위를 차지하도록 합니다.EF-G는 GTP를 가수 분해하고 RF3를 리보솜 아래로 밀어내기 위해 큰 배좌 변화를 겪으며, 이는 tRNA 해리와 함께 발생하며 리보솜 서브유닛 회전을 촉진한다.이 동작은 30S와 50S 서브유닛을 연결하는 B2a/B2b 브릿지를 능동적으로 분할하여 리보솜을 [16]분할합니다.그런 다음 IF3는 30S 서브유닛을 분리하여 크고 [18]작은 서브유닛의 재결합을 방지합니다.

임상적 의의

EF-G가 리보솜에 [19]결합하는 것을 막고 전위 또는 리보솜에서 분리하는 항생제에 의해 병원성 세균의[20] [21]EF-G를 억제할 수 있다.

예를 들어 항생제 티오스트렙톤은 EF-G가 리보솜에 [19]안정적으로 결합하는 것을 방지하고 항생제 디트로마이신 및 GE82832는 A부위 tRNA의 전위를 방지함으로써 EF-G의 활성을 저해한다.그러나 [20]디트로마이신과 GE82832는 EF-G의 리보솜 결합에 영향을 주지 않는다.

황색포도상구균은 리보솜에서 1회 전위현상 후 EF-G에 결합해 EF-G의 [21][22]해리를 막아 황색포도상구균 및 기타 세균을 억제하는 것으로 알려져 있다.그러나 일부 세균주는 fusA 유전자의 점변이로 인해 fusidic acid에 대한 내성이 생겨 fusidic acid가 EF-G에 [23][24]결합하는 것을 막는다.

진화

참고 항목: GTPase © 번역 팩터 패밀리

EF-G는 박테리아에 존재하는 수많은 병렬 버전의 인자와 함께 복잡한 진화 역사를 가지고 있으며, 이는 다양한 EF-G [25]변종의 하위 기능화를 시사한다.

신장 인자는 리보솜에 유사한 기능을 가진 생명의 세 영역 모두에 존재한다.EF-G의 진핵생물 및 원형 상동물은 각각 eEF2와 aEF2이다.박테리아(및 일부 고세균)에서 EF-G를 코드하는 fusA 유전자는 보존된 스트 유전자 내에서 배열 5µ - rpsL - rpsG - fusA - tufA - [2]3µ로 발견된다.그러나 EF-G의 다른 두 가지 주요 형태는 Spirochaetota, Planctomycetota, γ-Proteobacteria(이후 분할되어 Bdellovriovonota, Myxocococota, Thermodesulfobactera로 이름이 변경됨)의 일부 종에 존재하며, SPDef1 인자와 SPD 인자를 가진 세균의 SPd 그룹을 형성한다.

spdEFG1과 spdEFG2에서 각각 [25][26]미토콘드리아 신장인자 mtEFG1(GFM1)과 mtEFG2(GFM2)가 진화했다.단백질 번역의 연장 및 종료에 있어 EF-G의 두 가지 역할은 미토콘드리아 연장인자 사이에서 분할되며, mtEFG1은 전위, mtEFG2는 미토콘드리아 RRF와의 종료 및 리보솜 재활용을 담당한다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ a b c d Shoji, S; Walker, SE; Fredrick, K (2009). "Ribosomal translocation: one step closer to the molecular mechanism". ACS Chem Biol. 4 (2): 93–107. doi:10.1021/cb8002946. PMC 3010847. PMID 19173642.
  2. ^ a b Post, L. E.; Nomura, M. (1980-05-25). "DNA sequences from the str operon of Escherichia coli". The Journal of Biological Chemistry. 255 (10): 4660–4666. doi:10.1016/S0021-9258(19)85545-X. ISSN 0021-9258. PMID 6989816.
  3. ^ Liu, Kaixian; Rehfus, Joseph E.; Mattson, Elliot; Kaiser, Christian M. (2017-07-01). "The ribosome destabilizes native and non-native structures in a nascent multidomain protein". Protein Science. 26 (7): 1439–1451. doi:10.1002/pro.3189. ISSN 1469-896X. PMC 5477528. PMID 28474852.
  4. ^ a b Carlson, Markus A.; Haddad, Bassam G.; Weis, Amanda J.; Blackwood, Colby S.; Shelton, Catherine D.; Wuerth, Michelle E.; Walter, Justin D.; Spiegel, Paul Clint (2017-06-01). "Ribosomal protein L7/L12 is required for GTPase translation factors EF-G, RF3, and IF2 to bind in their GTP state to 70S ribosomes". The FEBS Journal. 284 (11): 1631–1643. doi:10.1111/febs.14067. ISSN 1742-4658. PMC 5568246. PMID 28342293.
  5. ^ Salsi, Enea; Farah, Elie; Dann, Jillian; Ermolenko, Dmitri N. (2014). "Following movement of domain IV of elongation factor G during ribosomal translocation". Proceedings of the National Academy of Sciences. 111 (42): 15060–15065. Bibcode:2014PNAS..11115060S. doi:10.1073/pnas.1410873111. PMC 4210333. PMID 25288752.
  6. ^ Lin, Jinzhong; Gagnon, Matthieu G.; Bulkley, David; Steitz, Thomas A. (2015). "Conformational Changes of Elongation Factor G on the Ribosome during tRNA Translocation". Cell. 160 (1–2): 219–227. doi:10.1016/j.cell.2014.11.049. PMC 4297320. PMID 25594181.
  7. ^ Li, Wen; Trabuco, Leonardo G.; Schulten, Klaus; Frank, Joachim (2011-05-01). "Molecular dynamics of EF-G during translocation". Proteins: Structure, Function, and Bioinformatics. 79 (5): 1478–1486. doi:10.1002/prot.22976. ISSN 1097-0134. PMC 3132869. PMID 21365677.
  8. ^ Zhang, Dejiu; Yan, Kaige; Zhang, Yiwei; Liu, Guangqiao; Cao, Xintao; Song, Guangtao; Xie, Qiang; Gao, Ning; Qin, Yan (2015). "New insights into the enzymatic role of EF-G in ribosome recycling". Nucleic Acids Research. 43 (21): 10525–33. doi:10.1093/nar/gkv995. PMC 4666400. PMID 26432831.
  9. ^ Nyborg, J.; Nissen, P.; Kjeldgaard, M.; Thirup, S.; Polekhina, G.; Clark, B. F. (March 1996). "Structure of the ternary complex of EF-Tu: macromolecular mimicry in translation". Trends in Biochemical Sciences. 21 (3): 81–82. doi:10.1016/S0968-0004(96)30008-X. ISSN 0968-0004. PMID 8882578.
  10. ^ Mandava, C. S.; Peisker, K.; Ederth, J.; Kumar, R.; Ge, X.; Szaflarski, W.; Sanyal, S. (2011-11-18). "Bacterial ribosome requires multiple L12 dimers for efficient initiation and elongation of protein synthesis involving IF2 and EF-G". Nucleic Acids Research. 40 (5): 2054–2064. doi:10.1093/nar/gkr1031. ISSN 0305-1048. PMC 3299993. PMID 22102582.
  11. ^ Maklan, E. J. (2012년)리보솜의 GTPase Associated Center 유전자 및 생화학적 분석.UC Santa Cruz.Merritt ID: /13030/m5js9t4d.https://escholarship.org/uc/item/7gh9v43h 에서 취득했습니다.
  12. ^ Shi, Xinying; Khade, Prashant K.; Sanbonmatsu, Karissa Y.; Joseph, Simpson (2012). "Functional Role of the Sarcin–Ricin Loop of the 23S rRNA in the Elongation Cycle of Protein Synthesis". Journal of Molecular Biology. 419 (3–4): 125–138. doi:10.1016/j.jmb.2012.03.016. PMC 3348345. PMID 22459262.
  13. ^ a b Choi, Junhong; Puglisi, Joseph D. (2017). "Three tRNAs on the ribosome slow translation elongation". Proceedings of the National Academy of Sciences. 114 (52): 13691–13696. doi:10.1073/pnas.1719592115. PMC 5748233. PMID 29229848.
  14. ^ Guo, Z.; Noller, H. F. (2012). "Rotation of the head of the 30S ribosomal subunit during mRNA translocation". Proceedings of the National Academy of Sciences. 109 (50): 20391–20394. Bibcode:2012PNAS..10920391G. doi:10.1073/pnas.1218999109. PMC 3528506. PMID 23188795.
  15. ^ da Cunha, CE; Belardinelli, R; Peske, F; Holtkamp, W; Wintermeyer, W; Rodnina, MV (2013). "Dual use of GTP hydrolysis by elongation factor G on the ribosome". Translation. 1 (1): e24315. doi:10.4161/trla.24315. PMC 4718068. PMID 26824016.
  16. ^ a b Das, Debasis; Samanta, Dibyendu; Bhattacharya, Arpita; Basu, Arunima; Das, Anindita; Ghosh, Jaydip; Chakrabarti, Abhijit; Gupta, Chanchal Das (2017-01-18). "A Possible Role of the Full-Length Nascent Protein in Post-Translational Ribosome Recycling". PLOS ONE. 12 (1): e0170333. Bibcode:2017PLoSO..1270333D. doi:10.1371/journal.pone.0170333. ISSN 1932-6203. PMC 5242463. PMID 28099529.
  17. ^ Zavialov AV, Hauryliuk VV, Ehrenberg M (2005). "Splitting of the posttermination ribosome into subunits by the concerted action of RRF and EF-G". Molecular Cell. 18 (6): 675–686. doi:10.1016/j.molcel.2005.05.016. PMID 15949442.
  18. ^ Hirokawa, Go; Nijman, Romana M.; Raj, V. Samuel; Kaji, Hideko; Igarashi, Kazuei; Kaji, Akira (2005-08-01). "The role of ribosome recycling factor in dissociation of 70S ribosomes into subunits". RNA. 11 (8): 1317–1328. doi:10.1261/rna.2520405. ISSN 1355-8382. PMC 1370814. PMID 16043510.
  19. ^ a b Walter, Justin D.; Hunter, Margaret; Cobb, Melanie; Traeger, Geoff; Spiegel, P. Clint (2012-01-01). "Thiostrepton inhibits stable 70S ribosome binding and ribosome-dependent GTPase activation of elongation factor G and elongation factor 4". Nucleic Acids Research. 40 (1): 360–370. doi:10.1093/nar/gkr623. ISSN 0305-1048. PMC 3245911. PMID 21908407.
  20. ^ a b Bulkley, David; Brandi, Letizia; Polikanov, Yury S.; Fabbretti, Attilio; O’Connor, Michael; Gualerzi, Claudio O.; Steitz, Thomas A. (2014). "The Antibiotics Dityromycin and GE82832 Bind Protein S12 and Block EF-G-Catalyzed Translocation". Cell Reports. 6 (2): 357–365. doi:10.1016/j.celrep.2013.12.024. PMC 5331365. PMID 24412368.
  21. ^ a b Belardinelli, Riccardo; Rodnina, Marina V. (2017-09-05). "Effect of Fusidic Acid on the Kinetics of Molecular Motions During EF-G-Induced Translocation on the Ribosome". Scientific Reports. 7 (1): 10536. Bibcode:2017NatSR...710536B. doi:10.1038/s41598-017-10916-8. ISSN 2045-2322. PMC 5585275. PMID 28874811.
  22. ^ Koripella, Ravi Kiran; Chen, Yang; Peisker, Kristin; Koh, Cha San; Selmer, Maria; Sanyal, Suparna (2012). "Mechanism of Elongation Factor-G-mediated Fusidic Acid Resistance and Fitness Compensation inStaphylococcus aureus". Journal of Biological Chemistry. 287 (36): 30257–30267. doi:10.1074/jbc.m112.378521. PMC 3436278. PMID 22767604.
  23. ^ Macvanin M, Hughes D (June 2005). "Hyper-susceptibility of a fusidic acid-resistant mutant of Salmonella to different classes of antibiotics". FEMS Microbiology Letters. 247 (2): 215–20. doi:10.1016/j.femsle.2005.05.007. PMID 15935566.
  24. ^ Macvanin M, Johanson U, Ehrenberg M, Hughes D (July 2000). "Fusidic acid-resistant EF-G perturbs the accumulation of ppGpp". Molecular Microbiology. 37 (1): 98–107. doi:10.1046/j.1365-2958.2000.01967.x. PMID 10931308. S2CID 10307058.
  25. ^ a b c G C Atkinson; S L Baldauf (2011). "Evolution of elongation factor G and the origins of mitochondrial and chloroplast forms". Molecular Biology and Evolution. 28 (3): 1281–92. doi:10.1093/molbev/msq316. PMID 21097998.
  26. ^ a b Margus, Tõnu; Remm, Maido; Tenson, Tanel (2011-08-04). "A Computational Study of Elongation Factor G (EFG) Duplicated Genes: Diverged Nature Underlying the Innovation on the Same Structural Template". PLOS ONE. 6 (8): e22789. Bibcode:2011PLoSO...622789M. doi:10.1371/journal.pone.0022789. ISSN 1932-6203. PMC 3150367. PMID 21829651.

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