EF-Gのソースを表示

{{Infobox enzyme
| AltNames = Elongation factor G, translocase
| name = EF-G
| image = EF-G Post State PDB 4V5F.jpg
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}}

'''EF-G''' (elongation factor G) は、[[細菌]]の[[タンパク質]]の[[翻訳 (生物学)|翻訳]]に関与する{{仮リンク|翻訳伸長因子|en|Elongation factor}}であり、歴史的にはtranslocaseという名称でも知られる。EF-Gは [[GTPアーゼ]]であり、[[転移RNA|tRNA]]と[[伝令RNA|mRNA]]の[[リボソーム]]中の移動（トランスロケーション）を触媒する<ref name="shoji">{{cite journal|last1=Shoji|first1=S|last2=Walker|first2=SE|last3=Fredrick|first3=K|date=2009|title=Ribosomal translocation: one step closer to the molecular mechanism|url=https://doi.org/10.1021/cb8002946|journal=ACS Chem Biol|volume=4|pages=93–107|doi=10.1021/cb8002946|pmid=19173642|pmc=3010847}}</ref>。

== 構造 ==
[[大腸菌]]''Escherichia coli''のEF-Gは''str''[[オペロン]]の''fusA''[[遺伝子]]にコードされている<ref name="Post 4660–4666">{{Cite journal|last=Post|first=L. E.|last2=Nomura|first2=M.|date=1980-05-25|title=DNA sequences from the str operon of Escherichia coli|journal=The Journal of Biological Chemistry|volume=255|issue=10|pages=4660–4666|issn=0021-9258|pmid=6989816}}</ref>。704のアミノ酸からなり、ドメイン I からドメインV の5つの[[タンパク質ドメイン|ドメイン]]を形成する。[[N末端]]に位置するドメイン I は、 [[グアノシン三リン酸|GTP]]を結合して[[加水分解]]することからGドメインまたはドメインI (G) と呼ばれることもあり、リボソームへの結合も担う<ref name=":8">{{Cite journal|last=Liu|first=Kaixian|last2=Rehfus|first2=Joseph E.|last3=Mattson|first3=Elliot|last4=Kaiser|first4=Christian M.|date=2017-07-01|title=The ribosome destabilizes native and non-native structures in a nascent multidomain protein|url=http://doi.wiley.com/10.1002/pro.3189|journal=Protein Science|volume=26|issue=7|pages=1439–1451|language=en|doi=10.1002/pro.3189|issn=1469-896X}}</ref><ref name=":1">{{Cite journal|last=Carlson|first=Markus A.|last2=Haddad|first2=Bassam G.|last3=Weis|first3=Amanda J.|last4=Blackwood|first4=Colby S.|last5=Shelton|first5=Catherine D.|last6=Wuerth|first6=Michelle E.|last7=Walter|first7=Justin D.|last8=Spiegel|first8=Paul Clint|date=2017-06-01|title=Ribosomal protein L7/L12 is required for GTPase translation factors EF-G, RF3, and IF2 to bind in their GTP state to 70S ribosomes|url=https://doi.org/10.1111/febs.14067|journal=The FEBS Journal|volume=284|issue=11|pages=1631–1643|language=en|doi=10.1111/febs.14067|issn=1742-4658}}</ref>。ドメインIVはトランスロケーションに重要であり、大きな[[立体配座|コンフォメーション]]変化を伴ってリボソーム30SサブユニットのA部位に結合し、mRNAとtRNAをA部位からP部位へ押し出す<ref name=":9">{{Cite journal|last=Salsi|first=Enea|last2=Farah|first2=Elie|last3=Dann|first3=Jillian|last4=Ermolenko|first4=Dmitri N.|title=Following movement of domain IV of elongation factor G during ribosomal translocation|journal=Proceedings of the National Academy of Sciences|volume=111|issue=42|pages=15060–15065|doi=10.1073/pnas.1410873111|pmc=4210333}}</ref>。

5つのドメインは、2つのスーパードメインへ分けられる。スーパードメインIはドメインIとIIから成り、スーパードメインIIはドメインIIIーVから成る。トランスロケーションの過程を通じて、スーパードメインIはリボソームへの緊密な結合を担っており、構造は比較的変化しない。一方で、スーパードメインIIは、トランスロケーション前 (PRE) 状態からトランスロケーション後 (POST) 状態へ、大きな回転移動が起こる<ref name=":10">{{Cite journal|last=Lin|first=Jinzhong|last2=Gagnon|first2=Matthieu G.|last3=Bulkley|first3=David|last4=Steitz|first4=Thomas A.|title=Conformational Changes of Elongation Factor G on the Ribosome during tRNA Translocation|url=https://doi.org/10.1016/j.cell.2014.11.049|journal=Cell|volume=160|issue=1-2|pages=219–227|doi=10.1016/j.cell.2014.11.049}}</ref><ref name=":11">{{Cite journal|last=Li|first=Wen|last2=Trabuco|first2=Leonardo G.|last3=Schulten|first3=Klaus|last4=Frank|first4=Joachim|date=2011-05-01|title=Molecular dynamics of EF-G during translocation|url=https://doi.org/10.1002/prot.22976|journal=Proteins: Structure, Function, and Bioinformatics|volume=79|issue=5|pages=1478–1486|language=en|doi=10.1002/prot.22976|issn=1097-0134|pmc=3132869}}</ref><ref name=":12">{{Cite journal|last=Zhang|first=Dejiu|last2=Yan|first2=Kaige|last3=Zhang|first3=Yiwei|last4=Liu|first4=Guangqiao|last5=Cao|first5=Xintao|last6=Song|first6=Guangtao|last7=Xie|first7=Qiang|last8=Gao|first8=Ning|last9=Qin|first9=Yan|title=New insights into the enzymatic role of EF-G in ribosome recycling|journal=Nucleic Acids Research|doi=10.1093/nar/gkv995}}</ref>。POST状態のスーパードメインIIは、[[EF-Tu]]•GTP•アミノアシルtRNA三者複合体のtRNA分子を擬態している<ref name=":13">{{Cite journal|last=Nyborg|first=J.|last2=Nissen|first2=P.|last3=Kjeldgaard|first3=M.|last4=Thirup|first4=S.|last5=Polekhina|first5=G.|last6=Clark|first6=B. F.|date=March 1996|title=Structure of the ternary complex of EF-Tu: macromolecular mimicry in translation|journal=Trends in Biochemical Sciences|volume=21|issue=3|pages=81–82|issn=0968-0004|pmid=8882578}}</ref>。[[File:EF-G Post State PDB 4V5F (labeled).jpg|thumb|POST状態のEF-Gの結晶構造。 PDB ID: {{PDB2|4V5F}}|left]]

=== リボソーム上でのEF-G ===

==== L7/L12 への結合 ====
リボソームタンパク質L7/L12は、[[細菌]]のリボソーム50Sサブユニットで唯一複数コピー存在するタンパク質であり、{{仮リンク|細菌の翻訳開始因子|en|Bacterial initiation factor|label=翻訳開始因子}} {{仮リンク|IF2|en|Bacterial initiation factor 2}}、{{仮リンク|翻訳伸長因子|en|Elongation factor|label=伸長因子}} [[EF-Tu]]、EF-G、[[翻訳終結因子|終結因子]]RF3といったGTPアーゼを結合する<ref name=":14">{{Cite journal|last=Mandava|first=C. S.|last2=Peisker|first2=K.|last3=Ederth|first3=J.|last4=Kumar|first4=R.|last5=Ge|first5=X.|last6=Szaflarski|first6=W.|last7=Sanyal|first7=S.|date=2011-11-18|title=Bacterial ribosome requires multiple L12 dimers for efficient initiation and elongation of protein synthesis involving IF2 and EF-G|url=https://doi.org/10.1093/nar/gkr1031|journal=Nucleic Acids Research|volume=40|issue=5|pages=2054–2064|doi=10.1093/nar/gkr1031|issn=0305-1048}}</ref>。特に、L7/L12の[[C末端]]がEF-Gに結合し、GTPの加水分解に必要とされる<ref name=":1" />。

==== GTPアーゼセンターとの相互作用 ====
GTPアーゼセンター (GTPase Associated Center, GAC) は、L11ストーク (L11 stalk) と[[RRNAエンドヌクレアーゼ|サルシン]]-[[リシン (毒物)|リシン]]ループ (sarcin-ricin loop, SRL) と呼ばれる23S [[リボソームRNA|rRNA]]上の2つの短い領域から構成される<ref name=":15">Maklan, E. J. (2012). Genetic and Biochemical Analysis of the GTPase Associated Center of the Ribosome. ''UC Santa Cruz''. ProQuest ID: Maklan_ucsc_0036E_10006. Merritt ID: ark:/13030/m5js9t4d. Retrieved from https://escholarship.org/uc/item/7gh9v43h</ref>。SRLは進化上高度に保存されたrRNAのループ領域であり、GTPアーゼがリボソームに結合するのに重要であるが、GTPの加水分解には必須ではないとされている。一方で、SRLの[[アデニン|A]]2662[[残基]]の[[リン酸]]部分の[[酸素]]原子がGTPの加水分解を助けることを支持するエビデンスも存在する<ref name=":16">{{Cite journal|last=Shi|first=Xinying|last2=Khade|first2=Prashant K.|last3=Sanbonmatsu|first3=Karissa Y.|last4=Joseph|first4=Simpson|title=Functional Role of the Sarcin–Ricin Loop of the 23S rRNA in the Elongation Cycle of Protein Synthesis|url=http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0022283612002719|journal=Journal of Molecular Biology|volume=419|issue=3-4|pages=125–138|doi=10.1016/j.jmb.2012.03.016}}</ref>。[[File:EF-G, mRNA, and tRNAs in POST state PDB 4W29.gif|thumb|P部位のtRNA(橙)、E部位のtRNA(緑)、mRNA(黄)、POST状態のEF-G(赤)を含む70Sリボソームのアニメーション。PDB {{PDB2|4W29}}]]

== 翻訳伸長における機能 ==
EF-Gは、[[ポリペプチド]]鎖が伸長するごとに、tRNAとmRNAのリボソーム下流へのトランスロケーションを触媒する<ref name=shoji />。ポリペプチド鎖の伸長過程では、 peptidyl transferase center (PTC) がアミノ酸間の[[ペプチド結合]]の形成を触媒し、P部位のtRNAに結合したポリペプチド鎖をA部位のtRNAへ移動する。その結果、リボソームの50Sと30Sサブユニットは互いに関して約7° 回転できるようになる<ref name=":2">{{Cite journal|last=Choi|first=Junhong|last2=Puglisi|first2=Joseph D.|title=Three tRNAs on the ribosome slow translation elongation|journal=Proceedings of the National Academy of Sciences|volume=114|issue=52|pages=13691–13696|doi=10.1073/pnas.1719592115}}</ref><ref name=":17">{{Cite journal|last=Guo|first=Z.|last2=Noller|first2=H. F.|title=Rotation of the head of the 30S ribosomal subunit during mRNA translocation|journal=Proceedings of the National Academy of Sciences|volume=109|issue=50|pages=20391–20394|doi=10.1073/pnas.1218999109|pmc=3528506}}</ref>。サブユニットの回転はA部位とP部位のtRNAの3' 末端部分の移動と共役しており、A部位のtRNAは50SサブユニットのP部位へ、P部位のtRNAは50SサブユニットのE部位へ、それぞれ移動するが、30Sサブユニット側のアンチコドンループは移動しないままである。この、1つのtRNAがA/P部位のハイブリッド、もう1つのtRNAがP/E部位のハイブリッドの状態となった、回転したリボソーム中間体がGTPを結合したEF-Gの基質となる<ref name="shoji" /><ref name=":2" />。

EF-GはGTPアーゼであるので、回転したリボソームのA部位の近傍にGTPが結合した状態で結合し、GTPを[[グアノシン二リン酸|GDP]]と[[リン酸]]に加水分解してリン酸を放出する。

:<chem>GTP + H2O -> GDP + P_{i}</chem>

GTPの加水分解はEF-Gに大きなコンフォメーション変化を引き起こし、A/P tRNAが完全にP部位を占め、P/E tRNAが完全にE部位を占める (そしてリボソームから出ていく) ようにし、mRNAをリボソームに関して3ヌクレオチド分だけ下流に移動させる。その後、GDPが結合したEF-Gはリボソームから解離し、A部位は空となって伸長のサイクルが再開される<ref name="shoji" /><ref name=":18">{{cite journal|last1=da Cunha|first1=CE|last2=Belardinelli|first2=R|last3=Peske|first3=F|last4=Holtkamp|first4=W|last5=Wintermeyer|first5=W|last6=Rodnina|first6=MV|date=2013|title=Dual use of GTP hydrolysis by elongation factor G on the ribosome|url=http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.4161/trla.24315|journal=Translation|volume=1|pages=e24315|doi=10.4161/trla.24315|pmc=4718068}}</ref>。

== 翻訳終結における機能 ==
翻訳伸長反応はmRNAに[[終止コドン]]が現れるまで継続される。クラスIの[[翻訳終結因子]] (RF1、2) はリボソームのA部位が終止コドンのときに結合し、P部位のtRNA-ペプチド間の結合の加水分解を誘導することで、新生タンパク質がリボソームから出て行くことを可能にする。新生ペプチドは[[フォールディング]]を続けながら70Sリボソームを離れ、mRNA、脱アシル化された tRNA（P部位）、クラスI終結因子（A部位）が残される<ref name=":0">{{Cite journal|last=Das|first=Debasis|last2=Samanta|first2=Dibyendu|last3=Bhattacharya|first3=Arpita|last4=Basu|first4=Arunima|last5=Das|first5=Anindita|last6=Ghosh|first6=Jaydip|last7=Chakrabarti|first7=Abhijit|last8=Gupta|first8=Chanchal Das|date=2017-01-18|title=A Possible Role of the Full-Length Nascent Protein in Post-Translational Ribosome Recycling|url=http://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0170333|journal=PLOS ONE|volume=12|issue=1|pages=e0170333|language=en|doi=10.1371/journal.pone.0170333|issn=1932-6203}}</ref><ref>{{Cite journal|year=2005|title=Splitting of the posttermination ribosome into subunits by the concerted action of RRF and EF-G|journal=Molecular Cell|volume=18|issue=6|pages=675–686|doi=10.1016/j.molcel.2005.05.016|pmid=15949442|vauthors=Zavialov AV, Hauryliuk VV, Ehrenberg M}}</ref>。

クラスI終結因子がクラスII終結因子 (RF3) によって取り除かれた後の過程は、{{仮リンク|リボソーム再生因子|en|Ribosome Recycling Factor}} (ribosome recycling factor, RRF)、翻訳開始因子{{仮リンク|IF3|en|Translation initiation factor IF-3}}、そしてEF-Gによって触媒される。RRFがリボソームのA部位に結合すると、EF-GはGTPの加水分解による大規模なコンフォメーション変化によってRRFをリボソームの下流へ押し込む。それに伴ってtRNAが解離し、リボソームのサブユニットが回転する。この動きによって、30Sと50Sサブユニットを連結しているB2a/B2b bridgeが切り離され、リボソームのサブユニットは解離する<ref name=":0" />。IF3は30Sサブユニットに結合し、サブユニットの再会合を防ぐ<ref>{{Cite journal|last=Hirokawa|first=Go|last2=Nijman|first2=Romana M.|last3=Raj|first3=V. Samuel|last4=Kaji|first4=Hideko|last5=Igarashi|first5=Kazuei|last6=Kaji|first6=Akira|date=2005-08-01|title=The role of ribosome recycling factor in dissociation of 70S ribosomes into subunits|url=http://rnajournal.cshlp.org/content/11/8/1317|journal=RNA|volume=11|issue=8|pages=1317–1328|language=en|doi=10.1261/rna.2520405|issn=1355-8382|pmid=16043510}}</ref>。

==臨床的重要性==
病原性細菌のEF-Gは、[[抗生物質]]の標的となっている。抗生物質によって、EF-Gのリボソームへの結合<ref name=":4">{{Cite journal|last=Walter|first=Justin D.|last2=Hunter|first2=Margaret|last3=Cobb|first3=Melanie|last4=Traeger|first4=Geoff|last5=Spiegel|first5=P. Clint|date=2012-01-01|title=Thiostrepton inhibits stable 70S ribosome binding and ribosome-dependent GTPase activation of elongation factor G and elongation factor 4|url=https://academic.oup.com/nar/article/40/1/360/1271197|journal=Nucleic Acids Research|volume=40|issue=1|pages=360–370|language=en|doi=10.1093/nar/gkr623|issn=0305-1048}}</ref>、トランスロケーション<ref name=":5">{{Cite journal|last=Bulkley|first=David|last2=Brandi|first2=Letizia|last3=Polikanov|first3=Yury S.|last4=Fabbretti|first4=Attilio|last5=O’Connor|first5=Michael|last6=Gualerzi|first6=Claudio O.|last7=Steitz|first7=Thomas A.|title=The Antibiotics Dityromycin and GE82832 Bind Protein S12 and Block EF-G-Catalyzed Translocation|journal=Cell Reports|volume=6|issue=2|pages=357–365|doi=10.1016/j.celrep.2013.12.024}}</ref>、リボソームからの解離<ref name=":3">{{Cite journal|last=Belardinelli|first=Riccardo|last2=Rodnina|first2=Marina V.|date=2017-09-05|title=Effect of Fusidic Acid on the Kinetics of Molecular Motions During EF-G-Induced Translocation on the Ribosome|url=http://www.nature.com/articles/s41598-017-10916-8|journal=Scientific Reports|volume=7|issue=1|language=En|doi=10.1038/s41598-017-10916-8|issn=2045-2322}}</ref>などが阻害される。

例えば、[[チオストレプトン]]はEF-Gがリボソームに安定して結合するのを防ぐ<ref name=":4" />。DityromycinとGE82832はEF-Gのリボソームへの結合には影響を与えないが、EF-GによるA部位のtRNAのトラスロケーションが阻害される<ref name=":5" />。

[[フシジン酸]]は、 [[黄色ブドウ球菌]]''Staphylococcus aureus''や他の細菌の生育を阻害することが知られており、EF-Gによるトランスロケーションが起こった後に結合してEF-Gがリボソームから解離するのを防ぐ<ref name=":3" /><ref>{{Cite journal|last=Koripella|first=Ravi Kiran|last2=Chen|first2=Yang|last3=Peisker|first3=Kristin|last4=Koh|first4=Cha San|last5=Selmer|first5=Maria|last6=Sanyal|first6=Suparna|title=Mechanism of Elongation Factor-G-mediated Fusidic Acid Resistance and Fitness Compensation inStaphylococcus aureus|journal=Journal of Biological Chemistry|volume=287|issue=36|pages=30257–30267|doi=10.1074/jbc.m112.378521}}</ref>。しかしながら細菌のいくつかの系統では、''fusA'' 遺伝子の[[点突然変異|点変異]]によってフシジン酸のEF-Gへの結合が防がれており、それによって[[薬剤耐性]]が獲得されている<ref name="pmid15935566">{{cite journal|date=June 2005|title=Hyper-susceptibility of a fusidic acid-resistant mutant of Salmonella to different classes of antibiotics|url=http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0378-1097(05)00289-2|journal=FEMS Microbiology Letters|volume=247|issue=2|pages=215–20|doi=10.1016/j.femsle.2005.05.007|pmid=15935566|vauthors=Macvanin M, Hughes D}}</ref><ref name="pmid10931308">{{cite journal|date=July 2000|title=Fusidic acid-resistant EF-G perturbs the accumulation of ppGpp|url=http://www.blackwell-synergy.com/openurl?genre=article&sid=nlm:pubmed&issn=0950-382X&date=2000&volume=37&issue=1&spage=98|journal=Molecular Microbiology|volume=37|issue=1|pages=98–107|doi=10.1046/j.1365-2958.2000.01967.x|pmid=10931308|vauthors=Macvanin M, Johanson U, Ehrenberg M, Hughes D}}</ref>。

==進化==

翻訳伸長因子は生物の3つの[[ドメイン (分類学)|ドメイン]]の全てで存在し、リボソームで同様の機能を果たしている。EF-Gの[[真核生物]]と[[古細菌]]の[[ホモログ]]はそれぞれ[[eEF2]]とaEF2である。細菌 (と一部の古細菌) では、EF-Gをコードする''fusA''遺伝子は、保存された''str''オペロンの中に5′ - ''rpsL - rpsG - fusA - tufA'' - 3′ の順序で見つかる<ref name="Post 4660–4666" />。一方、[[スピロヘータ門]]、[[プランクトミケス門]]、[[プロテオバクテリア|デルタプロテオバクテリア綱]]（"spd"グループ）のいくつかの種には、 spdEFG1とspdEFG2という、他の2つの主要なEF-Gが存在し、機能分担がなされていることが示唆される<ref name=":6">{{Cite journal|year=2011|title=Evolution of elongation factor G and the origins of mitochondrial and chloroplast forms|journal=Molecular Biology and Evolution|volume=28|issue=3|pages=1281–92|doi=10.1093/molbev/msq316|pmid=21097998|author1=G C Atkinson|author2=S L Baldauf}}</ref><ref name=":7">{{Cite journal|last=Margus|first=Tõnu|last2=Remm|first2=Maido|last3=Tenson|first3=Tanel|date=2011-08-04|title=A Computational Study of Elongation Factor G (EFG) Duplicated Genes: Diverged Nature Underlying the Innovation on the Same Structural Template|url=http://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0022789|journal=PLOS ONE|volume=6|issue=8|pages=e22789|language=en|doi=10.1371/journal.pone.0022789|issn=1932-6203}}</ref>。

[[ミトコンドリア]]の翻訳伸長因子mtEFG1とmtEFG2は、それぞれspdEFG1とspdEFG2から進化したと考えられる<ref name=":6" /><ref name=":7" />。タンパク質の翻訳におけるEF-Gの2つの役割（伸長と終結）は、ミトコンドリアの伸長因子では分担して行われており、mtEFG1はトランスロケーションを、mtEFG2はミトコンドリアのRRFとともに翻訳の終結と再生を担っている<ref>{{Cite journal|last=Tsuboi|first=Masafumi|last2=Morita|first2=Hiroyuki|last3=Nozaki|first3=Yusuke|last4=Akama|first4=Kenta|last5=Ueda|first5=Takuya|last6=Ito|first6=Koichi|last7=Nierhaus|first7=Knud H.|last8=Takeuchi|first8=Nono|title=EF-G2mt Is an Exclusive Recycling Factor in Mammalian Mitochondrial Protein Synthesis|url=http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1097276509004663|journal=Molecular Cell|volume=35|issue=4|pages=502–510|doi=10.1016/j.molcel.2009.06.028}}</ref>。

==出典==
{{reflist}}

== 関連項目 ==
* [[細菌の翻訳]]
* {{仮リンク|翻訳伸長因子|en|Elongation factor}}
* [[GTPアーゼ]]
* {{仮リンク|EF-Ts|en|EF-Ts}} (elongation factor thermo stable)
* [[EF-Tu]] (elongation factor thermo unstable)
* {{仮リンク|EF-P|en|Elongation factor P}} (elongation factor P)
* [[eEF2]] (eukaryotic elongation factor 2)

==外部リンク==
* {{MeshName|Peptide+Elongation+Factor+G}}

{{DEFAULTSORT:EF-G}}
[[Category:タンパク質生合成]]
[[Category:Gタンパク質]]