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短い翻訳ランプは、タンパク質合成の効率を決定します
A short translational ramp determines the efficiency of protein synthesis.
PMID: 31852903 PMCID: PMC6920384. DOI: 10.1038/s41467-019-13810-1.
抄録
翻訳開始は、タンパク質合成の主要な律速段階である。しかし、最近の研究では、タンパク質合成の効率は伸長期に影響を与える複数の因子によってさらに制御されていることが強く示唆されている。早期伸長がタンパク質合成に及ぼす影響を評価するために、我々は25万以上のレポーターのライブラリとin vitroおよびin vivoタンパク質発現アッセイを組み合わせて使用した。ここでは、コドン3から5でコードされるアミノ酸の同一性がタンパク質の収量に影響を与えることを報告する。この効果は、tRNAの豊富さ、翻訳開始効率、または全体的なmRNA構造に依存しない。翻訳速度の単分子測定では、アミノ酸およびヌクレオチド組成が異なるコドン4と5でリボソームの一時停止とタンパク質合成の中止が明らかになった。最後に、特定のコドン位置にのみ好ましい配列モチーフを導入することで、組換えタンパク質のタンパク質合成効率が向上することを明らかにした。これらのデータから、遺伝子発現のトランスレーショナルコントロールにおける初期伸長イベントの重要な役割が明らかになった。
Translation initiation is a major rate-limiting step for protein synthesis. However, recent studies strongly suggest that the efficiency of protein synthesis is additionally regulated by multiple factors that impact the elongation phase. To assess the influence of early elongation on protein synthesis, we employed a library of more than 250,000 reporters combined with in vitro and in vivo protein expression assays. Here we report that the identity of the amino acids encoded by codons 3 to 5 impact protein yield. This effect is independent of tRNA abundance, translation initiation efficiency, or overall mRNA structure. Single-molecule measurements of translation kinetics revealed pausing of the ribosome and aborted protein synthesis on codons 4 and 5 of distinct amino acid and nucleotide compositions. Finally, introduction of preferred sequence motifs only at specific codon positions improves protein synthesis efficiency for recombinant proteins. Collectively, our data underscore the critical role of early elongation events in translational control of gene expression.