Ribosome recycling induces optimal translation rate at low ribosomal availability.
Ribosome recycling induces optimal translation rate at low ribosomal availability.
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DOI：
10.1098/rsif.2014.0589
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发表时间：
2014-09-06
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Romano MC
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Marshall E;Stansfield I;Romano MC
在真核细胞蛋白质合成期间，核糖体翻译通过信使RNA（mRNA）两端之间的相互作用而变得更有效。到达mRNA 3 '端的核糖体可以循环并开始在同一mRNA上再次翻译，即所谓的“闭环”模型。使用驱动扩散晶格模型的翻译，我们研究的影响，核糖体循环的动力学的核糖体流动和密度的mRNA。我们发现，核糖体回收诱导核糖体电流大幅增加。此外，对于足够大的值的再循环率，晶格不直接从低到高的核糖体密度过渡，如在晶格模型中看到的没有再循环。相反，一个最大的电流相位变得可访问的启动率低得多的值，和多个相变发生在相平面的宽区域。至关重要的是，我们表明，在核糖体回收的存在下，mRNA可以表现出在蛋白质生产的峰值在低值的起始速率，超过该翻译速率降低。这对某些mRNA的翻译具有重要意义，表明存在最佳的核糖体浓度，在该浓度下蛋白质合成最大，并且超过该浓度，翻译效率受损。
During eukaryotic cellular protein synthesis, ribosomal translation is made more efficient through interaction between the two ends of the messenger RNA (mRNA). Ribosomes reaching the 3′ end of the mRNA can thus recycle and begin translation again on the same mRNA, the so-called ‘closed-loop’ model. Using a driven diffusion lattice model of translation, we study the effects of ribosome recycling on the dynamics of ribosome flow and density on the mRNA. We show that ribosome recycling induces a substantial increase in ribosome current. Furthermore, for sufficiently large values of the recycling rate, the lattice does not transition directly from low to high ribosome density, as seen in lattice models without recycling. Instead, a maximal current phase becomes accessible for much lower values of the initiation rate, and multiple phase transitions occur over a wide region of the phase plane. Crucially, we show that in the presence of ribosome recycling, mRNAs can exhibit a peak in protein production at low values of the initiation rate, beyond which translation rate decreases. This has important implications for translation of certain mRNAs, suggesting that there is an optimal concentration of ribosomes at which protein synthesis is maximal, and beyond which translational efficiency is impaired.
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