Рибосомальний зсув рамки зчитування

Тандемне ковзання 2 тРНК на слизькій послідовності вірусу саркоми Рауса. Після зсуву рамки зчитування, нове спаровування основ є правильним для першого та другого нуклеотидів, але неправильним в зміщеному (воблівському) положені. E-, P- і A-сайт рибосоми показані. Розташування наростального поліпептидного ланцюга не вказано на зображенні, тому що поки немає єдиної думки щодо того, чи −1 ковзання відбувається до чи після того, як поліпептид переноситься з тРНК Р-сайту до тРНК A-сайту (в цьому випадку з аспарагіл-тРНК до лейцил-тРНК).[7].

За -1 зсуву рамки зчитування, рибосома зісковзує на один нуклеотид назад і продовжує трансляцію в -1 рамці зчитування. Є, як правило, три елементи, що містять сигнал -1 зсуву рамки зчитування: слизька послідовність, спейсерна область та вторинна структура РНК. Слизька послідовність відповідає мотиву X_XXY_YYZ, де XXX є будь-якими трьома однаковими нуклеотидами (хоча трапляються деякі винятки), YYY це, як правило, УУУ або ААА, а Z — це А, Ц або У. Оскільки структура цього мотиву містить 2 прилеглих 3-нуклеотидні повтори, вважається, що -1 зсув рамки зчитування описується моделлю тандемного ковзання, за якого одночасно антикодон тРНК в рибосомальному Р-сайті переспаровується з XXY на XXX, а антикодон в А-сайті переспаровується з YYZ на YYY. Ці нові пари ідентичні парам 0-рамки зчитування, за винятком їхніх третіх позицій. Ця відмінність не має значного негативного впливу на зв'язування з антикодоном, тому що третій нуклеотид в кодоні, який перебуває в зміщеному (воблівському) положені, має слабшу специфічність зв'язування тРНК антикодону, ніж перший і другий нуклеотиди[2][10]. У цій моделі структура мотивів пояснюється тим, що антикодони в першому і другому положені повинні мати можливість ідеально спаровуватися як в 0, так і в -1 рамці зчитування. Таким чином, нуклеотиди 2 та 1 повинні бути ідентичними й нуклеотиди 3 та 2 також повинні бути ідентичними, що зумовлює необхідність у послідовності 3 однакових нуклеотидів для кожної тРНК, яка «ковзає»[11].

«Слизька послідовність» сигналу +1 зсуву рамки зчитування не має однакового мотиву, і натомість, здається, здійснюється паузою рибосоми на послідовності, що кодує рідкісну амінокислоту[12]. Рибосоми не транслюють білки з постійною швидкістю, незалежно від послідовності. Деякі кодони транслюються довше, тому що немає достатньої кількості тРНК саме цього кодону в цитозолі[13]. Через це затримання, існують невеликі ділянки послідовностей кодонів, які контролюють швидкість рибосомального зсуву рамки зчитування. Зокрема, рибосома повинна зробити паузу, щоб дочекатися прибуття рідкісної тРНК, і це збільшує кінетичну сприятливість рибосоми та асоційованої тРНК до проковзування на нову рамку зчитування[12][14]. За цієї моделі, зміна рамки зчитування спричинена проковзуванням однієї тРНК, а не двох.

Слизькі послідовності потенційно можуть спричинити «ковзання» зчитування рибосоми та пропускання ряду нуклеотидів (зазвичай лише 1) і зчитування зовсім іншої рамки після цього. За запрограмованого -1 рибосомального зсуву рамки зчитування, слизька послідовність відповідає мотиву X_XXY_YYZ, де XXX є будь-якими трьома однаковими нуклеотидами (хоча трапляються деякі винятки), YYY це, як правило, УУУ або ААА, а Z — це А, Ц або У. У випадку з +1 зсувом рамки зчитування, слизька послідовність містить кодони, для яких відповідна тРНК є рідкісною, і зсуву рамки зчитування сприяє те, що асоційована тРНК кодону нової рамки зчитування є поширенішою[12]. Одним із прикладів слизької послідовності є полі (А) послідовність мРНК, яка, як відомо, індукує «ковзання» рибосоми навіть за відсутності будь-яких інших елементів[15].

Ефективний рибосомальний зсув рамки зчитування, як правило, вимагає наявності вторинної структури РНК для посилення ефектів слизької послідовності[11]. Вважається, що структура РНК (яка може бути шпилькою або псевдовузлом) тимчасово зупиняє рибосому на слизькому сайті під час трансляції, змушуючи її переміщатись і продовжувати реплікацію з положення -1. Вважається, що це відбувається тому, що структура фізично блокує рух рибосоми, через застрягання в рибосомному мРНК тунелі[2]. Цю модель підтримує той факт, що механічна міцність псевдовузлів позитивно корелює з рівнем рибосомальних зсувів рамки зчитування для асоційованої мРНК[3][16].

Нижче наведено приклади передбачуваних вторинних структур для елементів зсувів рамки зчитування, показаних для стимулювання зсуву рамки зчитування у різних організмів. Більшість представлених структур — це шпильки, за винятком структури ALIL (англ. apical loop-internal loop) псевдовузла. На цих зображеннях більші та неповні кола мРНК представляють лінійні області. Вторинні «шпилькові» структури, де «стебла» утворені областю мРНК, основи якої спаровані з іншою областю того ж ланцюга, показані виступаючими з лінійної ДНК. Лінійна область сигналу рибосомального зсуву рамки зчитування ВІЛ містить дуже консервативну UUU UUU слизьку послідовність; багато інших прогнозованих структур містять також кандидати в слизькі послідовності.

Послідовності мРНК на зображеннях можна читати відповідно до набору вказівок. Хоча A, T, Ц і Г показують позицію певного нуклеотиду, є також букви, які показують неоднозначність і, які використовуються, коли в цій позиції може бути більше одного типу нуклеотидів. Правила Міжнародного союзу фундаментальної та прикладної хімії (IUPAC) такі[17]:

Було виявлено, що невеликі молекули, білки та нуклеїнові кислоти стимулюють рівень зсуву рамки зчитування. Наприклад, механізм негативного зворотного зв'язку в шляху синтезу поліамінів, що базується рівнях поліамінів, стимулює збільшення +1 зсувів рамок зчитування, внаслідок чого утворюється інгібіторний фермент. Було показано, що деякі білки, які необхідні для розпізнавання кодону, або які безпосередньо зв'язуються з послідовністю мРНК також модулюють рівень зсувів рамок зчитування. Молекули мікроРНК можуть гібридизуватися з вторинною структурою РНК і впливати на її міцність[5].