介绍

存储在DNA中的遗传信息通过RNA聚合酶（RNAP）转录成信使RNA (mRNA)，并通过核糖体翻译成蛋白质。在原核生物中，一个基因的转录和翻译是同时发生的，而且是接近的。这需要RNAP和核糖体能够协调它们的功能。转录和翻译机制之间耦合的一个鲜为人知的方面是RNAP促进核糖体与它正在转录的mRNA结合的潜力。mRNA“递送”到核糖体的机制可以保护介入的mRNA免受核糖核酸酶的影响，抑制抑制性RNA结构的形成，并通过将其偶联到尾随核糖体的翻译活性来加速转录。

mRNA和核糖体之间的初始接触通常由核糖体蛋白bS1支持，bS1是一种RNA结合蛋白，在大肠杆菌中是翻译大多数mRNA所必需。在核糖体表面，bS1位于与mRNA中的Shine-Dalgarno （SD）基序碱基对的核糖体RNA序列附近。因此，核糖体和mRNA之间稳定复合物的建立可能依赖于bS1、SD基序和RNAP之间的协调。

基本原理

在细菌翻译起始途径中，mRNA在核糖体中的调节和与起始tRNA结合的分子基础已经得到表征。相比之下，翻译起始的早期阶段（mRNA和核糖体首先相互作用）的结构信息仍有待探究。RNAP如何促进翻译的启动也不清楚。作者试图利用结构、生物物理和蛋白质组学方法的组合来查看mRNA最初是如何被细菌核糖体参与的。

结果

为了通过冷冻电镜（cryo-EM）进行结构分析，作者制备了一个复合体，其中小核糖体亚基与RNA聚合酶产生出来的mRNA结合。结构确定了分子状态的集合，揭示了mRNA从RNA聚合酶传递到核糖体的两条途径。第一个途径，RNA聚合酶产生的mRNA与核糖体蛋白bS1结合，揭示了bS1如何与mRNA的初始接触，并促进它们在核糖体内展开以进行后继步骤。mRNA的SD基序以先前未描述的方向与核糖体RNA碱基配对。mRNA从bS1到SD基序识别位点的连续路径揭示了bS1如何在mRNA调节和tRNA识别之前递送mRNA以促进稳定的核糖体-mRNA复合物形成。

其中RNA聚合酶位于bS1附近。这表明bS1参与了RNA聚合酶介导的mRNA向核糖体的传递，作者通过体外单分子荧光共定位实验证实了这一点。仅在bS1存在的情况下，RNA聚合酶中核糖体与mRNA的结合率增加。

在其他结构模型中，RNA聚合酶通过偶联因子NusG连接到小核糖体亚基上。在这里，mRNA被传递到核糖体的mRNA进入通道，而不是传递到bS1。这表明NusG及其平行RfaH可能支持mRNA传递到核糖体的另一种途径。最后，他们使用细胞内化学交联结合质谱法证实了在重组样品中观察到的核糖体和RNA聚合酶之间的两个接触位点都发生在活细胞中。

结论

这些结构模型提供了RNA聚合酶、bS1和SD基序在翻译起始的早期阶段的作用机制。通过对核糖体结合的动力学分析和细胞内结构蛋白质组学数据的支持，作者提出了mRNA传递到细菌核糖体的两种途径的模型。为SD双链、核糖体蛋白和RNAP如何在30S招募mRNA建立了一个转录-翻译耦合的合作框架。