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Fattore di inizio eIF4E |
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Molecola del mese di febbraio 2019 I fattori di inizio della sintesi proteica interagiscono attraverso le catene disordinate  IntroduzioneLa biosintesi di proteine è una procedura complessa e le cellule hanno bisogno di uno strumento per farla iniziare. Servono più fattori di inizio per legare tra loro l'RNA messaggero, la subunità 40S del ribosoma e il primo RNA transfer, i materiali necessari per iniziare la sintesi di una nuova proteina. Nelle nostre cellule (e in quelle degli altri eucarioti) le molecole di RNA messaggero, all'estremità 5', hanno una strana struttura chiamata cappuccio 5' (mdm 1-2012) formato da un nucleotide di guanosina metilata e legata alla rovescia da tre fosfati. Il fattore di inizio eIF4E (eukaryotic Initiation Factor 4E, file PDB 1ej1) riconosce il cappuccio 5' e aiuta l'assemblaggio sull'mRNA delle altre molecole che servono per iniziare la sintesi proteica. Disordine condizionato Le nostre cellule spesso usano le porzioni flessibili delle proteine per costruire complessi di segnalazione o di riconoscimento. Quando una proteina è da sola, queste code flessibili sono disordinate, ma quando si forma il complesso, queste si ripiegano formando piccole strutture capaci di interagire. Il fattore eIF4E mostrato qui a fianco sulla sinistra (file PDB 1ap8) è composto da un dominio compatto che si lega al cappuccio 5' dell'mRNA e da una coda lunga e flessibile. Quando il fattore eIF4E si lega con l'altro fattore di inizio eIF4G, una porzione di questa coda si ripiega e interagisce con una regione simile di eIF4G (file PDB 1rf8) come si vede nella figura qui sopra sulla destra. Questa interazione è fondamentale per reclutare la subunità 40S del ribosoma. Connessioni con il cancro Le cellule cancerose crescono molto in fretta, e quindi devono scavalcare i normali controlli cellulari sulla crescita. Uno dei modi in cui lo fanno è producendo delle modifiche oncogeniche nel macchinario che regola la sintesi proteica, per esempio sviluppando un fattore eIF4E iperattivo. I ricercatori stanno cercando di colpire eIF4E sviluppando degli inibitori che ne rallentino l'azione per bloccare la crescita accelerata delle cellule cancerose.  Interazioni
di inizioI biologi strutturali hanno studiato in particolare le interazioni tra eIF4E e i suoi partner. Quando il fattore eIF4E non è necessario, viene tenuto in uno stato inattivo grazie all'unione con opportune proteine leganti 4E-BP (4E Binding Proteins). Quando eIF4E è necessario, le proteine leganti inibitorie vengono fosforilate e si staccano e al loro posto si lega il fattore eIF4G. I file PDB 1ejh and 1ej4 hanno mostrato per la prima volta che queste proteine inibitorie si legano sul dorso del fattore eIF4E usando un particolare motivo idrofobico che imita la struttura del fattore 4G. In seguito altre due strutture (file PDB 4ued e 5t46) hanno mostrato un segmento più grande di 4E-BP e eIF4G (figure qui a lato sulla sinistra e sulla destra), mostrando che anche una regione laterale di 4E è importante per l'interazione corretta tra queste proteine. Il farmaco sperimentale anticancro 4EGI-1 (4E-4G-Inhibitor-1, giallo) si lega in questa regione laterale su eIF4E e provoca una distorsione della sua struttura impedendo il legame con 4G (file PDB 4tpw) come si vede qui a lato in basso (inibizione allosterica).  Esplorando
la strutturaNelle figure qui sotto e a destra (file PDB 1wkw) si vede il fattore eIF4E legato alla parte iniziale di un mRNA costituita dal cappuccio 5' legato al primo nucleotide. Il cappuccio è situato all'interno del sito di riconoscimento di 4E ed è costituito da una guanina, legata alla rovescia rispetto alla normale direzione della catena, che possiede anche un gruppo metilico extra. La struttura include anche un corto segmento di una proteina legante 4E-BP (verde), che comprende il tratto idrofobico riconosciuto in modo specifico sul dorso di eIF4E. 
Le due immagini 3D (a sguardo incrociato) qui sotto mostrano in primo piano il cappuccio 5' dell'mRNA all'interno del sito di riconoscimento di eIF4E (file PDB 1wjw). La guanina metilata del cappuccio è rappresentata con i carboni verde chiaro, mentre il primo nucleotide, a cui è legata la rimanente parte dell'mRNA (non mostrata), ha i carboni verde scuro.   Queste due immagini affiancate forniscono una visione 3D se osservate a sguardo incrociato con la seguente procedura. Mettete le mani a coppa 15 cm davanti ai vostri occhi e lasciate tra i palmi un foro attraverso cui guardare le immagini. Mantenendo ferma la testa, trovate la posizione delle mani con la quale, guardando solo con l'occhio sinistro, vedete l'immagine di destra e guardando solo col destro, vedrete l'immagine di sinistra. Guardando con entrambi gli occhi, nel foro tra le mani, vedrete l'immagine 3D della molecola. Spunti per ulteriori esplorazioni Potete esplorare la struttura di molti altri fattori di inizio cercando nel sito PDB "translation initiation factor". Cercatene qualcuno che abbia code disordinate. Provate a trovare una struttura che contenga un tratto più lungo di mRNA col cappuccio 5'. 
Bibliografia5t46: Gruner, S., Peter, D., Weber, R., Wohlbold, L., Chung, M.Y., Weichenrieder, O., Valkov, E., Igreja, C., Izaurralde, E. (2016) The Structures of eIF4E-eIF4G Complexes Reveal an Extended Interface to Regulate Translation Initiation. Mol.Cell 64: 467-479 4ued: Peter, D., Igreja, C., Weber, R., Wohlbold, L., Weiler, C., Ebertsch, L., Weichenrieder, O., Izaurralde, E. (2015) Molecular Architecture of 4E-BP Translational Inhibitors Bound to Eif4E. Mol.Cell 57: 1074 4tpw: Papadopoulos, E., Jenni, S., Kabha, E., Takrouri, K.J., Yi, T., Salvi, N., Luna, R.E., Gavathiotis, E., Mahalingam, P., Arthanari, H., Rodriguez-Mias, R., Yefidoff-Freedman, R., Aktas, B.H., Chorev, M., Halperin, J.A., Wagner, G. (2014) Structure of the eukaryotic translation initiation factor eIF4E in complex with 4EGI-1 reveals an allosteric mechanism for dissociating eIF4G. Proc.Natl.Acad.Sci.USA 111: E3187-E3195 1rf8: Gross, J.D., Moerke, N.J., von der Haar, T., Lugovskoy, A.A., Sachs, A.B., McCarthy, J.E., Wagner, G. (2003) Ribosome loading onto the mRNA cap is driven by conformational coupling between eIF4G and eIF4E. Cell 115: 739-750 1ejh, 1ej4: Marcotrigiano, J., Gingras, A.C., Sonenberg, N., Burley, S.K. (1999) Cap-dependent translation initiation in eukaryotes is regulated by a molecular mimic of eIF4G. Mol.Cell 3: 707-716 1ej1: Marcotrigiano, J., Gingras, A.C., Sonenberg, N., Burley, S.K. (1997) Cocrystal structure of the messenger RNA 5' cap-binding protein (eIF4E) bound to 7-methyl-GDP. Cell 89: 951-961 1ap8: Matsuo, H., Li, H., McGuire, A.M., Fletcher, C.M., Gingras, A.C., Sonenberg, N., Wagner, G. (1997) Structure of translation factor eIF4E bound to m7GDP and interaction with 4E-binding protein. Nat.Struct.Mol.Biol. 4: 717-724 |
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