Регуляция элонгации: сдвиг рамок считывания
Процесс трансляции мРНК характеризуется высокой точностью, и даже систематические "ошибки" трансляции могут быть генетически запрограммированными. У бактерий транслирующая рибосома может пропускать протяженные последовательности нуклеотидов мРНК, не прекращая синтеза единой полипептидной цепи. Такое явление не известно у эукариот, однако в процессе декодирования кодона, находящегося в А-участке рибосомы , может происходить намеренное распознавание кодона "неправильной" аминоацил-тРНК или сдвиг рамки считывания у работающей рибосомы. Следствием этого бывает частичная супрессия терминации трансляции на терминирующих кодонах или синтез одной полипептидной цепи с использованием двух разных рамок считывания транслируемой РНК ( рис. I.40,е,ж ). Хорошо изучены такие явления у ретровирусов и ретротранспозонов , которые используют сдвиг рамки считывания и супрессию терминирующего кодона для экспрессии гена pol , в результате которой синтезируется гибридный белок, N-конец которого является частью полипептидной цепи белка оболочки вируса (продукта гена gag ). Тот же механизм используется и другими вирусами животных и клетками дрожжей.
Сигналом к сдвигу рамки считывания у ретровирусов и ретротранспозонов служат гептануклеотидная последовательность типа X.XXY.YYZ (размечена в виде кодонов в рамке считывания 0), а также ниже расположенный регуляторный элемент, образующий вторичную структуру в виде шпильки или псевдоузла. Сдвиг рамки происходит в момент, когда пептидил-тРНК, связанная с кодоном XXY в Р-участке рибосомы, и аминоацил-тРНК, взаимодействующая с кодоном YYZ в А-участке, одновременно сдвигаются на один нуклеотид назад и становятся напротив кодонов XXX и YYY транслируемой РНК. Сдвиг рамки считывания по этому механизму не всегда сопровождается образованием нового уникального белка, но часто приводит к синтезу небольшого числа вариантов полипептидных цепей, незначительно различающихся аминокислотными остатками в окрестностях сдвига рамки. Для осуществления сдвига рамки считывания РНК по такому механизму необходимо, чтобы обе молекулы тРНК в А- и Р-участках образовывали прочную связь с новыми кодонами, которые отличаются от первых только нуклеотидами в положении 3, допускающем неоднозначное соответствие антикодону.
Процесс сдвига рамки вызывается или усиливается структурным элементом РНК, перед которым работающая рибосома делает паузу в трансляции. Природа кодонов важна для функционирования механизма: из всех возможных XXY-кодонов в сайтах сдвига рамки считывания обнаружены только кодоны AAC, UUU, UUA и AAU. Терминирующие кодоны, часто обнаруживаемые сразу за сайтом сдвига рамки считывания, стимулируют сдвиг, так как вызывают остановку рибосомы. Эффективность сдвига рамки считывания составляет 1-30%.
