mRNA 5′ cap recognition by eIF4F is a key element of eukaryotic translational control. Kinetic differences in eIF4F–mRNA interactions have long been proposed to mediate translation-efficiency differences between mRNAs, and recent transcriptome-wide studies have revealed significant heterogeneity in eIF4F engagement with differentially-translated mRNAs. However, detailed kinetic information exists only for eIF4F interactions with short model RNAs. We developed and applied single-molecule fluorescence approaches to directly observe real-time Saccharomyces cerevisiae eIF4F subunit interactions with full-length polyadenylated mRNAs. We found that eIF4E–mRNA association rates linearly anticorrelate with mRNA length. eIF4G–mRNA interaction accelerates eIF4E–mRNA association in proportion to mRNA length, as does an eIF4F-independent activity of eIF4A, though cap-proximal secondary structure still plays an important role in defining the final association rates. eIF4F–mRNA interactions remained dominated by effects of eIF4G, but were modulated to different extents for different mRNAs by the presence of eIF4A and ATP. We also found that eIF4A-catalyzed ATP hydrolysis ejects eIF4E, and likely eIF4E•eIF4G from the mRNA after initial eIF4F•mRNA complex formation, suggesting a mechanism to prepare the mRNA 5′ end for ribosome recruitment. Our results support a role for mRNA-specific, factor-driven eIF4F association rates in kinetically controlling translation.

中文翻译：

---

mRNA 和因子驱动的动态变异性控制 eIF4F-cap 识别翻译起始

eIF4F 对 mRNA 5' 帽的识别是真核翻译控制的关键因素。长期以来，人们一直提出 eIF4F-mRNA 相互作用的动力学差异来介导 mRNA 之间的翻译效率差异，最近的全转录组研究表明，eIF4F 与差异翻译的 mRNA 结合存在显着的异质性。然而，详细的动力学信息仅存在于 eIF4F 与短模型 RNA 的相互作用。我们开发并应用单分子荧光方法直接观察实时酿酒酵母 eIF4F 亚基与全长多聚腺苷酸化 mRNA 的相互作用。我们发现 eIF4E-mRNA 关联率与 mRNA 长度呈线性反相关。eIF4G-mRNA 相互作用与 mRNA 长度成比例地加速 eIF4E-mRNA 结合，eIF4A 的 eIF4F 非依赖性活性也是如此，尽管近端二级结构在定义最终关联率方面仍然起着重要作用。eIF4F-mRNA 相互作用仍然由 eIF4G 的影响主导，但由于 eIF4A 和 ATP 的存在而对不同的 mRNA 进行了不同程度的调节。我们还发现，eIF4A 催化的 ATP 水解会在初始 eIF4F•mRNA 复合物形成后从 mRNA 中排出 eIF4E 和可能的 eIF4E•eIF4G，这表明了一种为核糖体募集准备 mRNA 5' 端的机制。我们的结果支持 mRNA 特异性、因子驱动的 eIF4F 关联率在动力学控制翻译中的作用。但由于 eIF4A 和 ATP 的存在，对不同的 mRNA 有不同程度的调节。我们还发现，eIF4A 催化的 ATP 水解会在初始 eIF4F•mRNA 复合物形成后从 mRNA 中排出 eIF4E 和可能的 eIF4E•eIF4G，这表明了一种为核糖体募集准备 mRNA 5' 端的机制。我们的结果支持 mRNA 特异性、因子驱动的 eIF4F 关联率在动力学控制翻译中的作用。但由于 eIF4A 和 ATP 的存在，对不同的 mRNA 有不同程度的调节。我们还发现，eIF4A 催化的 ATP 水解会在初始 eIF4F•mRNA 复合物形成后从 mRNA 中排出 eIF4E 和可能的 eIF4E•eIF4G，这表明了一种为核糖体募集准备 mRNA 5' 端的机制。我们的结果支持 mRNA 特异性、因子驱动的 eIF4F 关联率在动力学控制翻译中的作用。