Die PEK-Familie, auch als eukaryotische Initiationsfaktoren (eIFs) bezeichnet, sind Proteine oder Protein-Komplexe, die an der Initiierungsphase der eukaryotischen Translation beteiligt sind. Diese Proteine helfen, die Bildung von Ribosomen-Prästartkomplexen um das Startcodon zu stabilisieren und sind wichtige Faktoren für die posttranskriptionale Genregulation. Mehrere Initiationsfaktoren bilden einen Komplex mit der kleinen 40S ribosomalen Untereinheit und Met-tRNAiMet, der als 43S-Prästartkomplex (43S PIC) bezeichnet wird. Die anderen Faktoren des eIF4F-Komplexes (eIF4A, E und G) rekrutieren den 43S PIC zur 5'-Cap-Struktur der mRNA, von der aus die 43S-Partikel 5' -> 3' entlang der mRNA scannen, um das AUG-Startcodon zu erreichen. Die Erkennung des Startcodons durch Met-tRNAiMet förderte die Freisetzung von gated Phosphat und eIF1, wodurch ein 48S-Prästartkomplex (48S PIC) gebildet wurde, und anschließend eine große Anzahl von 60S ribosomalen Untereinheiten rekrutiert wurde, um 80S-Ribosomen zu bilden. Es gibt mehr eukaryotische Promotoren als prokaryotische Promotoren, was die größere biologische Komplexität der eukaryotischen Translation widerspiegelt.

eIF1 und eIF1A

Sowohl eIF1 als auch eIF1A binden an den 40S ribosomalen Untereinheit-mRNA-Komplex. Gemeinsam induzieren sie die "offene" Konformation der mRNA-bindenden Kanäle, die für das Scannen, die tRNA-Lieferung und den Beginn der Codon-Erkennung unerlässlich ist. Insbesondere wurde die Dissoziation von eIF1 von der 40S-Untereinheit als ein entscheidender Schritt bei der Erkennung des Initiationscodons angesehen. eIF1 und eIF1A sind kleine Proteine (13 und 16 kDa bei Menschen, jeweils) und sind Teil des 43S PIC. eIF1 bindet in der Nähe der P-Stelle des Ribosoms, während eIF1A in der Nähe der A-Stelle bindet, was der Struktur und Funktion der bakteriellen Gegenstücke IF3 und IF1 ähnelt.

Abbildung 1. Proteinstruktur von eIF1.

eIF3

eIF3 bindet unabhängig an die 40S ribosomale Untereinheit, mehrere Initiationsfaktoren sowie zelluläre und virale mRNA. Bei Säugetieren ist eIF3 der größte Initiationsfaktor, der aus 13 Untereinheiten (a-m) besteht. Es hat ein Molekulargewicht von ~800 kDa und kontrolliert die Assemblierung der 40S ribosomalen Untereinheit an mRNA, die eine 5'-Cap oder ein IRES haben. eIF3 kann den eIF4F-Komplex verwenden oder alternativ während der internen Initiation ein IRES, um den mRNA-Strang in der Nähe der Austrittsstelle der 40S ribosomalen Untereinheit zu positionieren, wodurch die Assemblierung eines funktionalen Präinitiationskomplexes gefördert wird. In vielen menschlichen Krebserkrankungen sind eIF3-Untereinheiten überexprimiert (Untereinheiten a, b, c, h, i und m) und unterexprimiert (Untereinheiten e und f). Ein potenzieller Mechanismus zur Erklärung dieser Dysregulation ergibt sich aus der Feststellung, dass eIF3 eine spezifische Gruppe von mRNA-Transkripten, die Zellproliferationsregulatoren sind, bindet und deren Translation reguliert. eIF3 vermittelt auch zelluläre Signalübertragung durch S6K1 und mTOR/Raptor, um die translationale Regulation zu beeinflussen.

Abbildung 2. Proteinstruktur von eIF2.

eIF4F

Der eIF4F-Komplex besteht aus drei Untereinheiten: eIF4A, eIF4E und eIF4G. Jede Untereinheit hat mehrere menschliche Isoformen, und es gibt andere eIF4-Proteine: eIF4B und eIF4H. eIF4G ist ein 175,5-kDa Gerüstprotein, das mit dem eIF4F-Komplex, eIF3 und dem Poly(A)-Bindungsprotein (PABP) sowie anderen Mitgliedern des Proteins interagiert. eIF4E erkennt und bindet an die 5'-Cap-Struktur der mRNA, während eIF4G an PABP bindet, das an den Poly(A)-Schwanz bindet, was die gebundene mRNA zirkularisieren und aktivieren kann. eIF4A (eine DEAD-Box-RNA-Helikase) ist wichtig für das Lösen der Sekundärstruktur der mRNA. eIF4B enthält zwei RNA-bindende Domänen - eine interagiert unspezifisch mit der mRNA, während die zweite spezifisch an den 18S-Teil der kleinen ribosomalen Untereinheit bindet. Es fungiert als Anker und wichtiger Cofaktor für eIF4A. Es ist auch ein Substrat von S6K, und wenn es phosphoryliert wird, fördert es die Bildung von Prästartkomplexen. Bei Wirbeltieren ist eIF4H ein zusätzlicher Initiationsfaktor und funktioniert ähnlich wie eIF4B.

Abbildung 3. Proteinstruktur von eIF4.

eIF5

eIF5 ist ein GTPase-aktivierendes Protein, das hilft, große ribosomale Untereinheiten an kleine Untereinheiten zu binden. Es ist notwendig, damit eIF2 GTP hydrolysiert, und enthält die ungewöhnliche Aminosäure Hysupsin. eIF5A ist ein eukaryotisches Homolog von EF-P. Es hilft bei der Elongation und spielt eine Rolle bei der Termination. eIF5B ist eine GTPase, die an der Assemblierung intakter Ribosomen beteiligt ist. Es ist ein funktionales eukaryotisches Analogon des bakteriellen IF2.

Abbildung 4. Proteinstruktur von eIF5.

Krankheit

Von den bekannten eukaryotischen Initiationsfaktoren ist eIF2B am engsten mit menschlichen genetischen Erkrankungen verbunden. Autosomal vererbte rezessive Mutationen in den fünf Untereinheitsgenen von eIF2B können zu weißen Substanzanomalien führen, die klinisch als eine Reihe von schweren kontinuierlichen Symptomen manifestiert werden, die als "eIF2B-assoziierte Störungen" bezeichnet werden. Typische Beispiele sind die weiße Substanzkrankheit, d.h. das verschwindende weiße Material (VWM) und ovarielle Insuffizienz. Diese Störung ist langanhaltend, verschlechtert sich mit dem Alter und kann sich verschlimmern und zum Tod führen, wenn sie mit Fieber oder geringfügigen Hirntraumata infiziert wird. Im schlimmsten Fall kann sie im Säuglingsalter zum Tod führen, und wenn sie bis zum Ende anhält, kann sie die Entwicklung der Eierstöcke im Erwachsenenalter zum Scheitern bringen und kann mit Neurodegeneration einhergehen.

Referenz

1. Jackson RJ; et al. The mechanism of eukaryotic translation initiation and principles of its regulation. Nature Reviews. Molecular Cell Biology. 2010, 11 (2): 113-27.