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EF-G

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]。

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
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構造

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

L7/L12 への結合

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

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

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

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

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

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)（英語版）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

  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. 
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関連項目

  • 細菌の翻訳
  • (翻訳伸長因子)（英語版）
  • GTPアーゼ
  • (EF-Ts)（英語版） (elongation factor thermo stable)
  • EF-Tu (elongation factor thermo unstable)
  • (EF-P)（英語版） (elongation factor P)
  • (eEF2)（英語版） (eukaryotic elongation factor 2)

外部リンク

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