80年代のリボソームを失速させて衝突するGCN1の構造

GCN経路は、統合ストレス応答（ISR）の重要な部分である人間などの哺乳類を含むすべての真核生物で保存されています。GCN1は、キナーゼGCN2の本質的なエフェクタータンパク質として機能し、これは失速したリボソームによって活性化され、EIF2のリン酸化とその後の翻訳の世界的な抑制につながります。この適応応答の微調整は、GCN2の負の調節因子であるRBG2/GIR2複合体によって実行されます。利用可能な生化学データの豊富にもかかわらず、リボソーム上のGCNタンパク質の構造に関する情報はとらえどころのないままです。ここでは、80年代のリボソームが失速して衝突した複合体における酵母GCN1タンパク質の極低電子顕微鏡構造を提示します。GCN1は、Disome内の80年代の両方のリボソームと相互作用するため、GCN1熱は、衝突リボソームのP茎領域からP茎と鉛リボソームのAサイト領域にスパンを繰り返します。鉛リボソームは、A部品にペプチジル-TRNA、PサイトのUNCHARGED TRNA、eサイトのeIF5A、およびAサイト因子結合領域のRBG2/giR2を備えた非旋回状態で停止されます。対照的に、衝突するリボソームは、ハイブリッドA/Pサイトにペプチジル-TRNAを使用して回転状態を採用し、P/EサイトではUncharged-TRNA、および40SサブユニットのmRNAエントリチャネルに隣接して結合します。まとめて、我々の発見は、衝突リボソームを伴うGCN2活性化タンパク質GCN1の相互作用モードを明らかにし、GCN2活性化の調節に関する洞察を提供します。GCN1のDisomeへの結合は、GCN2活性化ISRだけでなく、一般的なリボソーム関連の品質制御経路にも重要な意味を持ちます。

The Gcn pathway is conserved in all eukaryotes, including mammals such as humans, where it is a crucial part of the integrated stress response (ISR). Gcn1 serves as an essential effector protein for the kinase Gcn2, which in turn is activated by stalled ribosomes, leading to phosphorylation of eIF2 and a subsequent global repression of translation. The fine-tuning of this adaptive response is performed by the Rbg2/Gir2 complex, a negative regulator of Gcn2. Despite the wealth of available biochemical data, information on structures of Gcn proteins on the ribosome has remained elusive. Here we present a cryo-electron microscopy structure of the yeast Gcn1 protein in complex with stalled and colliding 80S ribosomes. Gcn1 interacts with both 80S ribosomes within the disome, such that the Gcn1 HEAT repeats span from the P-stalk region on the colliding ribosome to the P-stalk and the A-site region of the lead ribosome. The lead ribosome is stalled in a nonrotated state with peptidyl-tRNA in the A-site, uncharged tRNA in the P-site, eIF5A in the E-site, and Rbg2/Gir2 in the A-site factor binding region. By contrast, the colliding ribosome adopts a rotated state with peptidyl-tRNA in a hybrid A/P-site, uncharged-tRNA in the P/E-site, and Mbf1 bound adjacent to the mRNA entry channel on the 40S subunit. Collectively, our findings reveal the interaction mode of the Gcn2-activating protein Gcn1 with colliding ribosomes and provide insight into the regulation of Gcn2 activation. The binding of Gcn1 to a disome has important implications not only for the Gcn2-activated ISR, but also for the general ribosome-associated quality control pathways.