Rate-limiting steps in yeast protein translation.
Rate-limiting steps in yeast protein translation.
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DOI：
10.1016/j.cell.2013.05.049
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发表时间：
2013-06-20
期刊：
影响因子：
64.5
通讯作者：
Plotkin JB
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Shah P;Ding Y;Niemczyk M;Kudla G;Plotkin JB
深度测序现在可以提供 mRNA 上核糖体占据的详细快照。我们利用这些数据来参数化翻译计算模型，跟踪酵母细胞中的每个核糖体、tRNA 和 mRNA 分子。我们确定了转基因中快速起始或高密码子偏倚增加蛋白质产量的参数方案，并推断了内源酿酒酵母基因的起始速率，其变化有几个数量级，并且与 5' mRNA 折叠能量相关。我们的模型概括了之前报道的核糖体密度降低的 5' 至 3' 斜坡，尽管我们的分析表明这种斜坡是由短基因的快速起始而不是转录本起始处的慢密码子引起的。我们得出的结论是，健康酵母细胞中的蛋白质生产通常受到游离核糖体可用性的限制，而应激时期的蛋白质生产有时可以通过降低起始或延伸率来挽救。翻译的计算模型跟踪细胞中的所有核糖体、tRNA 和 mRNA 翻译通常受起始而非延伸的限制 模型允许推断所有酵母基因的起始速率 5' 核糖体的斜坡是由短基因的快速起始引起的 酵母翻译的计算模型量化整个细胞的翻译动态，并表明基础和条件表达水平均受游离核糖体的可用性控制。
Deep sequencing now provides detailed snapshots of ribosome occupancy on mRNAs. We leverage these data to parameterize a computational model of translation, keeping track of every ribosome, tRNA, and mRNA molecule in a yeast cell. We determine the parameter regimes in which fast initiation or high codon bias in a transgene increases protein yield and infer the initiation rates of endogenous Saccharomyces cerevisiae genes, which vary by several orders of magnitude and correlate with 5′ mRNA folding energies. Our model recapitulates the previously reported 5′-to-3′ ramp of decreasing ribosome densities, although our analysis shows that this ramp is caused by rapid initiation of short genes rather than slow codons at the start of transcripts. We conclude that protein production in healthy yeast cells is typically limited by the availability of free ribosomes, whereas protein production under periods of stress can sometimes be rescued by reducing initiation or elongation rates. Computational model of translation tracks all ribosomes, tRNAs, and mRNAs in a cell Translation is generally limited by initiation, not elongation Model allows inference of initiation rates for all yeast genes Ramp of 5′ ribosomes is caused by rapid initiation of short genes A computational model for translation in yeast quantifies translation dynamics for an entire cell and suggests that both basal and conditional expression levels are governed by availability of free ribosomes.
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