El factor de elongación 4 ( EF-4 ) es un factor de elongación que se cree que se retrotransloca en el ribosoma durante la traducción del ARN a proteínas . Se encuentra casi universalmente en bacterias [1] y en orgánulos endosimbióticos eucariotas, incluidas las mitocondrias y los plástidos . [2] [3] Responsable de la corrección durante la síntesis de proteínas , el EF-4 es una adición reciente a la nomenclatura de los factores de elongación bacterianos. [4]
Antes de su reconocimiento como factor de elongación, EF-4 se conocía como peptidasa líder A (LepA), ya que es el primer cistrón del operón que lleva la peptidasa líder bacteriana . En eucariotas se le denomina tradicionalmente GUF1 (GTPasa de función desconocida 1). [5] Tiene el número EC preliminar 3.6.5.n1. [6]
La secuencia de LepA es muy conservada. Se han encontrado ortólogos de LepA en bacterias y en casi todos los eucariotas. Se ha demostrado que la conservación de LepA abarca toda la proteína. Más específicamente, la identidad de aminoácidos de LepA entre los ortólogos bacterianos varía entre el 55% y el 68%. [4]
Se han observado dos formas de LepA: una forma de LepA se ramifica con secuencias de LepA mitocondriales, mientras que la segunda forma se ramifica con ortólogos de cianobacterias . Estos hallazgos demuestran que LepA es importante para las bacterias, las mitocondrias y los plástidos . LepA está ausente en las arqueas . [4]
Se sabe que el gen que codifica LepA es el primer cistrón como parte de un operón bicistrón . LepA es un polipéptido de 599 aminoácidos con un peso molecular de 67 kDa. La secuencia de aminoácidos de LepA indica que es una proteína G , que consta de cinco dominios conocidos . Los primeros cuatro dominios están fuertemente relacionados con los dominios I, II, III y V del factor de elongación primario EF-G . Sin embargo, el último dominio de LepA es único. Este dominio específico reside en el extremo C-terminal de la estructura de la proteína. [7] Esta disposición de LepA se ha observado en las mitocondrias de células de levadura a células humanas .
Se sospecha que LepA mejora la fidelidad de la traducción al reconocer un ribosoma con ARNt mal translocado y, en consecuencia, inducir una retrotranslocación. Al retrotranslocar el ribosoma ya modificado postranscripcionalmente, el factor EF-G es capaz de realizar una translocación secundaria. La retrotranslocación por LepA se produce a una velocidad similar a la de una translocación dependiente de EF-G. Como se mencionó anteriormente, la estructura de EF-G es muy análoga a la de LepA; por lo tanto, la función de LepA es similar a la de EF-G. Sin embargo, se ha demostrado a través de varios estudios que el dominio IV de EF-G ocupa la secuencia de decodificación del sitio A después de que los ARNt se han translocado de los sitios A y P a los sitios P y E. Por lo tanto, el dominio IV de EF-G evita el movimiento hacia atrás del ARNt. A pesar de las similitudes estructurales entre LepA y EF-G, LepA carece de este dominio IV. De esta forma, LepA reduce la barrera de activación entre los estados Pre y POST de forma similar a EF-G pero, al mismo tiempo, es capaz de catalizar una retrotranslocación en lugar de una translocación canónica.
La LepA exhibe una actividad GTPasa no acoplada . Esta actividad es estimulada por el ribosoma en la misma medida que la actividad de EF-G, que se sabe que tiene la actividad GTPasa dependiente del ribosoma más fuerte entre todas las proteínas G caracterizadas que participan en la traducción. Por el contrario, la actividad GTPasa no acoplada se produce cuando la estimulación del ribosoma de la escisión de GTP no depende directamente de la síntesis de proteínas. En presencia de GTP, la LepA funciona catalíticamente. Por otro lado, en presencia del GTP no hidrolizable (GDPNP), la acción de la LepA se vuelve estequiométrica y se satura a aproximadamente una molécula por ribosoma 70S. Estos datos demuestran que la escisión de GTP es necesaria para la disociación de la LepA del ribosoma, lo que es demostrativo de una proteína G típica. En concentraciones bajas de LepA (menos de o igual a 3 moléculas por ribosoma 70S), LepA reconoce específicamente los ribosomas translocados incorrectamente, los retrotransloca y, por lo tanto, permite que EF-G tenga una segunda oportunidad para catalizar la reacción de translocación correcta. En concentraciones altas (alrededor de 1 molécula por ribosoma 70S), LepA pierde su especificidad y retrotransloca cada ribosoma POST. Esto coloca a la maquinaria de traducción en un modo no reproductivo. Esto explica la toxicidad de LepA cuando se encuentra en una célula en altas concentraciones. Por lo tanto, en concentraciones bajas, LepA mejora significativamente el rendimiento y la actividad de las proteínas sintetizadas; sin embargo, en concentraciones altas, LepA es tóxico para las células.
Además, LepA tiene un efecto sobre la formación de enlaces peptídicos . A través de varios estudios en los que se mezclaron derivados funcionales de ribosomas con puromicina (un análogo del extremo 3' de un ARNt aa) se determinó que agregar LepA a un ribosoma modificado postranscripcionalmente previene la formación de dipéptidos ya que inhibe la unión del ARNt aa al sitio A.
Se han realizado varios experimentos para dilucidar la estructura y la función de LepA. Un estudio notable se denomina "experimento de la huella dactilar": este experimento ayudó a determinar la capacidad de LepA para retrotranslocarse. En este caso, se extendió un cebador mediante transcripción inversa a lo largo del ARNm que estaba unido al ribosoma. Los cebadores de las cadenas de ARNm modificadas de varios ribosomas se extendieron con y sin LepA. Luego se realizó un ensayo con los estados PRE y POST, y los estudios de escisión revelaron una escisión posicional mejorada en el estado POST en comparación con el estado PRE. Dado que el estado POST había estado en presencia de LepA (más GTP), se determinó que la fuerte señal característica del estado POST era el resultado de LepA, que luego redujo la señal al nivel del estado PRE. Un estudio de este tipo demostró que ese ribosoma, al unirse al complejo LepA-GTP, asume la configuración del estado PRE.