核醣體bS1蛋白在轉譯起始階段之功能性研究

Abstract

原核細胞的mRNA在進行轉譯前，必須先與核醣體小次單元30S結合形成轉譯前起始複合物 (preinitiation complex)，而這個結合的過程受到許多因素的影響。許多的mRNA在5’ untranslated region (5’UTR)的地方會有特別的二級結構，這些結構的改變可以影響30S與mRNA結合的難易度，進而作為轉譯的調節機制。以大腸桿菌的rpsO基因為例，rpsO mRNA的5’UTR能夠形成兩種不同結構，分別為偽結(pseudoknot)與雙髮夾(double hairpins)，而這兩個結構能夠互相轉換，當mRNA處於雙髮夾構型時，Shine-Dalgarno序列(SD序列)，會被埋在第二個髮夾中無法被30S辨識，而在偽結結構時，SD序列則是裸露出來的，因此一般認為偽結對於rpsO mRNA轉譯的調控較為重要。然而我們先前的實驗中，發現30S可能會結合到雙髮夾間的序列，並進一步解開下游的結構並辨識SD序列，在所有核醣體蛋白中，我們推測bS1可能給予30S解開二級結構的能力。bS1是30S上最大的核醣體蛋白，並且會參與轉譯的起始過程。有研究發現bS1具有RNA 伴蛋白 (chaperon)的功能，並且具有一定程度的解旋酶活性，能夠幫助30S解開mRNA的二級結構，讓轉譯可以順利進行。在本研究計畫中，我們分別純化30S、核醣體bS1蛋白與去除bS1的30S，再利用5’UTR已知能形成雙髮夾構型的mRNA，以單分子螢光共振能量轉移 (smFRET)的技術觀察bS1存在與否對於30S與mRNA結合的影響，進而了解bS1在轉譯前起始複合物的形成中所扮演的角色。 研究結果發現bS1單獨存在時與mRNA有著動態的結合，並且能夠解開下游結構。而在bS1不存在的情況下，30S便不具有與雙髮夾結構結合的能力，但其對偽結結構的結合能力並沒有受到太大的影響。因此我們推測在無法接觸到SD序列的情況下，bS1可以協助30S結合到雙髮夾結構的RNA上，並進一步解開下游二級結構，使轉譯可以起始。