Polysom - Polysome
Ein Polyribosom (oder Polysom oder Ergosom ) ist eine Gruppe von Ribosomen, die an ein mRNA-Molekül wie „Perlen“ an einem „Faden“ gebunden sind. Es besteht aus einem Komplex eines mRNA - Moleküls und zwei oder mehr Ribosomen , die zu handeln übersetzen mRNA Anweisungen in Polypeptide . Ursprünglich 1963 als "Ergosomen" bezeichnet, wurden sie von Jonathan Warner, Paul M. Knopf und Alex Rich weiter charakterisiert .
Polysomen werden während der Elongationsphase gebildet, wenn Ribosomen und Elongationsfaktoren das kodierte Polypeptid synthetisieren. Mehrere Ribosomen bewegen sich entlang der kodierenden Region der mRNA, wodurch ein Polysom entsteht. Die Fähigkeit mehrerer Ribosomen, auf einem mRNA-Molekül zu funktionieren, erklärt die begrenzte Menge an mRNA in der Zelle. Die Polyribosomenstruktur unterscheidet sich zwischen prokaryontischen Polysomen, eukaryontischen Polysomen und membrangebundenen Polysomen. Die Polysomenaktivität kann verwendet werden, um das Ausmaß der Genexpression durch eine Technik namens polysomales Profiling zu messen.
Struktur
Elektronenmikroskopische Technologien wie Färbung, Metallschattierung und ultradünne Zellschnitte waren die ursprünglichen Methoden zur Bestimmung der Polysomenstruktur. Die Entwicklung von Kryo-Elektronenmikroskopie-Techniken hat eine höhere Auflösung des Bildes ermöglicht, was zu einer genaueren Methode zur Bestimmung der Struktur führte. Unterschiedliche strukturelle Konfigurationen von Polyribosomen könnten eine Vielfalt bei der Translation von mRNAs widerspiegeln. Eine Untersuchung des Verhältnisses der polyribosomalen Form ergab, dass nach mehreren Translationsrunden eine hohe Anzahl von kreisförmigen und zickzackförmigen Polysomen gefunden wurde. Eine längere Translationszeit führte zur Bildung von dicht gepackten helikalen 3-D-Polysomen. Unterschiedliche Zellen produzieren unterschiedliche Strukturen von Polysomen.
Prokaryotik
Es wurde gefunden, dass bakterielle Polysomen doppelreihige Strukturen bilden. In dieser Konformation kontaktieren sich die Ribosomen über kleinere Untereinheiten. Diese doppelreihigen Strukturen haben im Allgemeinen einen "sinusförmigen" (Zickzack) oder 3-D-Helix-Verlauf. Im „sinusförmigen“ Pfad gibt es zwei Kontaktarten zwischen den kleinen Untereinheiten – „oben nach oben“ oder „von oben nach unten“. Bei der 3D-Helixbahn wird nur der Kontakt von oben nach oben beobachtet.
Polysomen kommen in Archaeen vor, aber über die Struktur ist nicht viel bekannt.
Eukaryoten
In Zellen
in situ (in cell) Studien haben gezeigt, dass eukaryotische Polysomen lineare Konfigurationen aufweisen. Es wurden dicht gepackte 3-D-Helices und planare doppelreihige Polysomen mit variabler Packung gefunden, einschließlich „Top-to-Top“-Kontakten, ähnlich wie bei prokaryontischen Polysomen. Eukaryotische 3-D-Polyribosomen ähneln prokaryotischen 3-D-Polyribosomen darin, dass sie „dicht gepackte linksgängige Helices mit vier Ribosomen pro Umdrehung“ sind. Diese dichte Packung kann ihre Funktion als Translationsregulatoren bestimmen, wobei 3D-Polyribosomen in Sarkomzellen mit Fluoreszenzmikroskopie gefunden werden.
Handy frei
Rasterkraftmikroskopie in In-vitro- Studien hat gezeigt, dass zirkuläre eukaryontische Polysomen durch freie polyadenylierte mRNA in Gegenwart von Initiationsfaktor eIF4E, gebunden an die 5'-Kappe und PABP, gebunden an den 3'-Poly(A)-Schwanz, gebildet werden können. Diese durch einen Proteinkomplex vermittelte Wechselwirkung zwischen Kappe und Poly(A)-Schwanz ist jedoch kein einzigartiger Weg zur Zirkularisierung polysomaler mRNA. Es wurde gefunden, dass sowohl mit mRNA ohne Cap und ohne Poly(A)-Schwanz als auch mit capped mRNA ohne 3'-Poly(A)-Schwanz erfolgreich topologisch zirkuläre Polyribosomen im Translationssystem gebildet werden können.
Membrangebunden
An Membranen gebundene Polyribosomen werden durch einen zweidimensionalen Raum begrenzt, der durch die Membranoberfläche gegeben ist. Die Einschränkung der interribosomalen Kontakte verursacht eine runde Konfiguration, die Ribosomen entlang der mRNA anordnet, so dass die Eintritts- und Austrittsstellen einen glatten Weg bilden. Jedes Ribosom ist relativ zum vorherigen gedreht und ähnelt einer ebenen Spirale.
Profilerstellung
Polysomal Profiling ist eine Technik, die Cycloheximid verwendet, um die Translation zu stoppen, und einen Saccharosegradienten, um den resultierenden Zellextrakt durch Zentrifugation zu trennen. Ribosomen-assoziierte mRNAs wandern schneller als freie mRNAs und Polysomen-assoziierte mRNAs wandern schneller als Ribosomen-assoziierte mRNAs. Mehrere der mRNA entsprechende Peaks werden durch die Messung des Gesamtproteins über den Gradienten aufgedeckt. Die entsprechende mRNA wird mit steigender Zahl von Ribosomen als Polysomen assoziiert. Das Vorhandensein von mRNA über den Gradienten zeigt die Translation der mRNA. Polysomales Profiling wird optimal auf kultivierte Zellen und Gewebe angewendet, um den Translationsstatus einer identifizierten mRNA zu verfolgen und die Ribosomendichte zu messen. Diese Technik wurde verwendet, um den Translationsstatus von mRNAs in verschiedenen Zelltypen zu vergleichen.
Polysomales Profiling wurde beispielsweise in einer Studie verwendet, um die Wirkung des vesikulären Stomatitis-Virus (VSV) in Säugerzellen zu untersuchen. Die Daten des polysomalen Profilings zeigten, dass Wirts-mRNAs von viralen mRNAs um Polysomen verdrängt werden, wodurch die Translation der Wirts-mRNA verringert und die Translation der viralen mRNA erhöht wird.