번역시에 mRNA의 5'말단에 단백질이 존재하면 번역이 어려워지는 이유는 무엇인가요?
안녕하세요. 단백질 번역 시에 mRNA의 5'말단에 단백질이 결합되어 있을 경우 번역이 어려워지는 이유는 무엇이며, 3' 말단에 단백질이 결합되어 있을 경우는 왜 번역을 더 잘 일어날 수 있게 하는 것인가요?
안녕하세요. 네, 말씀해주신 것과 같이 진핵세포에서 단백질 번역은 단순히 리보솜과 mRNA만으로 이루어지는 것이 아니라, mRNA 말단의 구조와 결합 단백질에 의해 정밀하게 조절됩니다.
우선 번역 개시는 주로 mRNA 5′ 말단에 존재하는 캡 구조인 7-메틸구아노신에서 시작되며, 개시 인자인 eIF4E가 캡에 결합하고 eIF4G, eIF4A 등과 함께 eIF4F 복합체를 형성한 뒤 40S 소단위 리보솜이 결합하여 개시 코돈(AUG)을 탐색하게 됩니다. 그런데 5′ 말단에 다른 단백질이 강하게 결합하면, eIF4E가 캡에 접근하지 못하거나 리보솜이 cap 근처에 결합해 스캐닝을 시작하는 과정이 방해를 받아 번역 개시 자체가 억제됩니다.
반면, mRNA 3′ 말단에는 poly(A) tail이 존재하고, 여기에 결합하는 PABP(poly(A)-binding protein)는 eIF4G와 상호작용하여 mRNA를 고리 구조로 만들어주는데요, 이러한 구조는 리보솜이 번역 종결 후 다시 5′ 말단으로 재순환할 수 있도록 하여 번역 효율을 높이고, 동시에 mRNA의 안정성을 증가시킵니다. 따라서 5′ 말단에 단백질이 결합하면 번역이 억제되지만, 3′ 말단에 단백질이 결합하면 번역이 촉진되는 결과를 보이는 것입니다. 감사합니다.
단백질 번역은 리보솜이 mRNA의 5' 말단에 있는 5' 캡을 인식하고 결합하는 것에서 시작됩니다.
이 과정은 번역 개시의 필수 단계인데, 만약 5' 말단에 다른 단백질이 결합되어 있으면, 리보솜이 5' 캡에 접근하는 것이 불가능해서 번역을 시작할 수 없게 됩니다.
그리고 mRNA의 3' 말단에 있는 폴리-A 테일에는 폴리-A 결합 단백질(PABP)이 결합합니다. 이 단백질은 mRNA의 5' 말단과 3' 말단을 연결하여 mRNA가 고리 모양의 순환 구조를 형성하게 합니다. 이 구조는 번역이 끝난 리보솜이 3' 말단에서 분리된 후 5' 말단으로 쉽게 재배치되도록 해서 번역 효율을 높이죠. 또한, PABP는 mRNA를 분해 효소로부터 보호하여 수명을 연장시켜 단백질 합성이 더 오랫동안 활발하게 일어나도록 하기도 합니다.
mRNA의 5' 말단에 단백질이 존재하면 리보솜이 결합하여 번역 시작 코돈으로 이동하는 스캐닝 과정을 물리적으로 방해하기 때문에 번역이 어려워집니다. 반면 3' 말단에 단백질이 결합하는 경우, 이 단백질이 5' 말단에 있는 번역 개시 인자들과 상호작용하여 mRNA 분자를 원형으로 만들어 리보솜의 재사용을 촉진함으로써 번역 효율을 높일 수 있습니다.