開始因子2はリボソームを半回転構造に安定化させる

Initiation factor 2 stabilizes the ribosome in a semirotated conformation.

• Clarence Ling
• Dmitri N Ermolenko

抄録

翻訳の伸長サイクルには、大型リボソームサブユニットの移動ドメインであるL1ストークのサブユニット間回転と移動が伴うことが知られている。タンパク質合成の開始段階は、遺伝子発現の翻訳制御に重要であるが、伸長とは対照的に、翻訳開始時のリボソームの構造的な再配列についてはほとんど知られていない。細菌のイニシエーション因子（IF）1、2、3は、イニシエーターtRNAとmRNAをリボソームの小サブユニットに結合させてイニシエーション複合体を形成し、その後、大サブユニットと結合するという、よくわかっていないメカニズムを媒介している。本研究では、単一分子FRETを用いて、翻訳開始時のサブユニット結合時のサブユニット間回転とリボソームサブユニットのL1ストークの内向き/外向きの動きをモニターした。リボソームは、サブユニットが結合すると、リボソームサブユニットが半回転し、L1ストークが半閉じた状態になるという独特の構造をとることを明らかにした。半回転中間体の形成には、アミノアシル化された開始剤であるfMet-tRNA(fMet)とGTP結合状態のIF2の存在が必要である。IF2によるGTP加水分解は、リボソームのL1ストークの開口と非回転構造への移行を誘導する。この結果は、サブユニットを半回転した方向に配置することで、サブユニットの結合が促進されることを示唆しており、L1ストークの動きがサブユニット間の回転および/またはIF2の結合と結びついているモデルを支持している。

Intersubunit rotation and movement of the L1 stalk, a mobile domain of the large ribosomal subunit, have been shown to accompany the elongation cycle of translation. The initiation phase of protein synthesis is crucial for translational control of gene expression; however, in contrast to elongation, little is known about the conformational rearrangements of the ribosome during initiation. Bacterial initiation factors (IFs) 1, 2, and 3 mediate the binding of initiator tRNA and mRNA to the small ribosomal subunit to form the initiation complex, which subsequently associates with the large subunit by a poorly understood mechanism. Here, we use single-molecule FRET to monitor intersubunit rotation and the inward/outward movement of the L1 stalk of the large ribosomal subunit during the subunit-joining step of translation initiation. We show that, on subunit association, the ribosome adopts a distinct conformation in which the ribosomal subunits are in a semirotated orientation and the L1 stalk is positioned in a half-closed state. The formation of the semirotated intermediate requires the presence of an aminoacylated initiator, fMet-tRNA(fMet), and IF2 in the GTP-bound state. GTP hydrolysis by IF2 induces opening of the L1 stalk and the transition to the nonrotated conformation of the ribosome. Our results suggest that positioning subunits in a semirotated orientation facilitates subunit association and support a model in which L1 stalk movement is coupled to intersubunit rotation and/or IF2 binding.