stringtranslate.com

Стартовый кодон

Старт-кодон (синий кружок) гена MT-ATP6 митохондриальной ДНК человека . Для каждого триплета нуклеотидов (квадратные скобки) указана соответствующая аминокислота (однобуквенный код) либо в рамке считывания +1 для MT-ATP8 (красный цвет), либо в рамке +3 для MT-ATP6 (синий цвет). ). В этой геномной области два гена перекрываются .

Старт -кодон — это первый кодон транскрипта информационной РНК (мРНК), транслируемый рибосомой . Старт-кодон всегда кодирует метионин у эукариот и архей и N-формилметионин (fMet) у бактерий, митохондрий и пластид .

Старт-кодону часто предшествует 5'-нетранслируемая область ( 5'-UTR ). У прокариот это включает сайт связывания рибосомы .

Декодирование

Во всех трех доменах жизни стартовый кодон декодируется специальной «инициирующей» транспортной РНК, отличной от тРНК, используемых для элонгации. Между инициирующей и элонгирующей тРНК существуют важные структурные различия, причем отличительные особенности служат для удовлетворения ограничений системы трансляции. В бактериях и органеллах несовпадение акцепторного стебля C1:A72 управляет формилированием, которое направляет рекрутирование 30S рибосомы в P-сайт; так называемые пары оснований «3GC» позволяют собраться в рибосому 70S. [1] У эукариот и архей стебель Т предотвращает связывание факторов элонгации , в то время как eIF2 специфически распознает присоединенный метионин и пару оснований A1:U72. [2]

В любом случае естественная инициирующая тРНК кодирует только метионин. [3] Знание ключевых особенностей распознавания позволило исследователям создать альтернативные инициирующие тРНК, которые кодируют разные аминокислоты; см. ниже.

Альтернативные стартовые кодоны

Альтернативные стартовые кодоны отличаются от стандартного кодона AUG и встречаются как у прокариот (бактерий и архей), так и у эукариот . Альтернативные стартовые кодоны по-прежнему переводятся как Met, когда они находятся в начале белка (даже если в противном случае кодон кодирует другую аминокислоту). Это связано с тем, что для инициации используется отдельная тРНК. [3]

Эукариоты

Альтернативные стартовые кодоны (не-AUG) очень редки в геномах эукариот: широкий спектр механизмов работает, чтобы гарантировать относительную точность инициации AUG. [4] Однако для некоторых клеточных мРНК сообщалось о встречающихся в природе стартовых кодонах, отличных от AUG. [5] Семь из девяти возможных однонуклеотидных замен в стартовом кодоне AUG дигидрофолатредуктазы функционируют как сайты начала трансляции в клетках млекопитающих. [6]

Бактерии

Бактерии обычно не обладают широким спектром факторов трансляции, контролирующих точность стартовых кодонов. GUG и UUG являются основными, даже «каноническими», альтернативными стартовыми кодонами. [4] GUG особенно важен для контроля репликации плазмид. [4]

E. coli использует 83% AUG (3542/4284), 14% (612) GUG, 3% (103) UUG [7] и еще один или два (например, AUU и, возможно, CUG). [8] [9]

Хорошо известными кодирующими областями, не имеющими инициирующих кодонов AUG, являются области lacI (GUG) [10] [11] и lacA (UUG) [12] в lac-опероне E. coli . Еще два недавних исследования независимо друг от друга показали, что 17 или более стартовых кодонов, отличных от AUG, могут инициировать трансляцию в E. coli . [13] [14]

Митохондрии

Митохондриальные геномы более значимо используют альтернативные стартовые кодоны (AUA и AUG у людей). [15] Многие такие примеры с кодонами, систематическим диапазоном и цитатами приведены в списке таблиц перевода NCBI . [16]

Архея

Археи, которые являются прокариотами с механизмом трансляции, подобным механизму трансляции эукариот, но более простым, допускают инициацию на UUG и GUG. [4]

Вышестоящие стартовые кодоны

Это «альтернативные» стартовые кодоны в том смысле, что они расположены выше обычных стартовых кодонов и, следовательно, могут использоваться в качестве альтернативных стартовых кодонов. Более половины всех мРНК человека имеют по крайней мере один кодон AUG выше аннотированных стартов инициации трансляции (TIS) (58% в текущих версиях человеческой последовательности RefSeq ). Их потенциальное использование в качестве TIS может привести к трансляции так называемых восходящих открытых рамок считывания (uORF). Трансляция uORF обычно приводит к синтезу коротких полипептидов, некоторые из которых, как было показано, функциональны, например, в ASNSD1, MIEF1 , MKKS и SLC35A4. [17] Однако считается, что большинство транслируемых uORF оказывают лишь мягкий ингибирующий эффект на последующую трансляцию, поскольку большинство стартов uORF являются «протекающими» (т. е. не инициируют трансляцию или потому, что рибосомы, завершающиеся после трансляции коротких ORF, часто способны к повторной инициации). [17]

Стандартный генетический код

Возможные стартовые кодоны в таблице 1 NCBI. Наиболее распространен AUG. [19] Два других стартовых кодона, перечисленных в таблице 1 (GUG и UUG), редки у эукариот. [20] Прокариоты предъявляют менее строгие требования к стартовым кодонам; они описаны в таблице 11 NCBI .
B ^ ^ ^ Историческая основа обозначения стоп-кодонов янтаря, охры и опала описана в автобиографии Сиднея Бреннера [21] и в исторической статье Боба Эдгара. [22]

Неметиониновые стартовые кодоны

Естественный

Трансляция, начинающаяся с внутреннего сайта входа рибосомы (IRES), который обходит ряд обычных эукариотических систем инициации, может иметь неметиноновое начало с кодонов GCU или CAA. [23]

Клетки млекопитающих могут инициировать трансляцию с помощью лейцина, используя специфическую лейцил-тРНК, которая декодирует кодон CUG. Этот механизм не зависит от eIF2. Никакой вторичной структуры, подобной структуре IRES, не требуется. [24] [25] [26]

Инженерные стартовые кодоны

Сконструированная тРНК-инициатор (тРНКfMet
CUA, измененный из тРНК MetYфМет
КАУ) были использованы для инициации трансляции янтарного стоп-кодона UAG в E. coli . Инициация с помощью этой тРНК вставляет не только традиционный формилметионин , но и формилглутамин, поскольку глутамил-тРНК-синтаза также распознает новую тРНК. [27] (Вспомним выше, что бактериальная система инициации трансляции не проверяет конкретно метионин, а только формильную модификацию). [1] Одно исследование показало, что тРНК янтарного инициатора не инициирует трансляцию в какой-либо измеримой степени с геномно-кодируемых кодонов UAG, а только с плазмидных репортеров с сильными вышестоящими сайтами Шайна-Далгарно . [28]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ аб Шетти, С; Шах, РА; Чембажи, УФ; Сах, С; Варшней, У (28 февраля 2017 г.). «Две высококонсервативные особенности тРНК бактериальных инициаторов позволяют им проходить через отдельные контрольные точки при инициации трансляции». Исследования нуклеиновых кислот . 45 (4): 2040–2050. дои : 10.1093/nar/gkw854. ПМЦ  5389676 . ПМИД  28204695.
  2. ^ Колиц, SE; Лорш-младший (21 января 2010 г.). «Эукариотическая тРНК-инициатор: точно настроена и готова к действию». Письма ФЭБС . 584 (2): 396–404. doi :10.1016/j.febslet.2009.11.047. ПМЦ 2795131 . ПМИД  19925799. 
  3. ^ аб Лобанов, А.В.; Туранов А.А.; Хэтфилд, ДЛ; Гладышев В.Н. (2010). «Двойные функции кодонов в генетическом коде». Критические обзоры по биохимии и молекулярной биологии . 45 (4): 257–65. дои : 10.3109/10409231003786094. ПМК 3311535 . ПМИД  20446809. 
  4. ^ abcd Асано, К. (2014). «Почему выбор стартовых кодонов у эукариот настолько точен?». Перевод (Остин, Техас) . 2 (1): e28387. дои : 10.4161/trla.28387. ПМЦ 4705826 . ПМИД  26779403. 
  5. ^ Иванов И.П., Ферт А.Е., Мишель А.М., Аткинс Дж.Ф., Баранов П.В. (2011). «Идентификация эволюционно консервативных, не инициируемых AUG N-концевых расширений в кодирующих последовательностях человека». Исследования нуклеиновых кислот . 39 (10): 4220–4234. дои : 10.1093/nar/gkr007. ПМК 3105428 . ПМИД  21266472. 
  6. ^ Пибоди, DS (1989). «Инициация трансляции триплетов, отличных от AUG, в клетках млекопитающих». Журнал биологической химии . 264 (9): 5031–5. дои : 10.1016/S0021-9258(18)83694-8 . ПМИД  2538469.
  7. ^ Блаттнер, Франция; Планкетт Г, Г.; Блох, Калифорния; Перна, Северная Каролина; Берланд, В.; Райли, М.; Кольядо-Видес, Дж.; Гласнер, доктор юридических наук; Роде, СК; Мэйхью, ГФ; Грегор, Дж.; Дэвис, Северо-Запад; Киркпатрик, ХА; Гёден, Массачусетс; Роуз, диджей; Мау, Б.; Шао, Ю. (1997). «Полная последовательность генома Escherichia coli K-12». Наука . 277 (5331): 1453–1462. дои : 10.1126/science.277.5331.1453 . ПМИД  9278503.
  8. ^ Сасердот, К.; Фаят, Г.; Дессен, П.; Спрингер, М.; Пламбридж, Дж.А.; Грюнберг-Манаго, М.; Бланке, С. (1982). «Последовательность фрагмента ДНК размером 1,26 т.п.н., содержащего структурный ген фактора инициации IF3 E.coli: наличие кодона инициатора AUU». Журнал ЭМБО . 1 (3): 311–315. doi :10.1002/j.1460-2075.1982.tb01166.x. ПМК 553041 . ПМИД  6325158. 
  9. ^ Миссиакас, Д.; Георгопулос, К.; Райна, С. (1993). «Ген теплового шока htpY Escherichia coli: мутационный анализ, клонирование, секвенирование и регуляция транскрипции». Журнал бактериологии . 175 (9): 2613–2624. дои : 10.1128/jb.175.9.2613-2624.1993. ПМК 204563 . ПМИД  8478327. 
  10. ^ Лактозный оперон E.coli с генами lacI, lacZ, lacY и lacA GenBank: J01636.1
  11. ^ Фарабо, П.Дж. (1978). «Последовательность гена lacI». Природа . 274 (5673): 765–769. Бибкод : 1978Natur.274..765F. дои : 10.1038/274765a0. PMID  355891. S2CID  4208767.
  12. ^ Средство просмотра последовательностей NCBI v2.0
  13. ^ Хехт, Ариэль; Глазго, Джефф; Яшке, Пол Р.; Бавазер, Лукмаан А.; Мансон, Мэтью С.; Кокран, Дженнифер Р .; Энди, Дрю; Салит, Марк (2017). «Измерения инициации трансляции всех 64 кодонов E. coli». Исследования нуклеиновых кислот . 45 (7): 3615–3626. дои : 10.1093/nar/gkx070. ПМК 5397182 . ПМИД  28334756. 
  14. ^ Фирнберг, Элад; Лабонте, Джейсон; Грей, Джеффри; Остермейр, Марк А. (2014). «Полная карта фитнес-ландшафта гена в высоком разрешении». Молекулярная биология и эволюция . 31 (6): 1581–1592. doi : 10.1093/molbev/msu081. ПМК 4032126 . ПМИД  24567513. 
  15. ^ Ватанабэ, Кимицуна; Судзуки, Цутому (2001). «Генетический код и его варианты». Энциклопедия наук о жизни . doi : 10.1038/npg.els.0000810. ISBN 978-0470015902.
  16. ^ Эльжановский, Анджей; Остелл, Джим. «Генетические коды». НКБИ . Проверено 29 марта 2019 г.
  17. ^ аб Андреев, Дмитрий Е.; Логран, Гэри; Федорова Алла Д.; Михайлова Мария С.; Шацкий Иван Н.; Баранов Павел В. (09.05.2022). «Инициация трансляции без AUG у млекопитающих». Геномная биология . 23 (1): 111. дои : 10.1186/s13059-022-02674-2 . ISSN  1474-760X. ПМЦ 9082881 . ПМИД  35534899. 
  18. ↑ Эльжановский А, Остелл Дж (7 января 2019 г.). «Генетические коды». Национальный центр биотехнологической информации. Архивировано из оригинала 5 октября 2020 года . Проверено 21 февраля 2019 г.
  19. ^ Накамото Т. (март 2009 г.). «Эволюция и универсальность механизма инициации синтеза белка». Джин . 432 (1–2): 1–6. дои : 10.1016/j.gene.2008.11.001. ПМИД  19056476.
  20. ^ Асано, К. (2014). «Почему выбор стартовых кодонов у эукариот настолько точен?». Перевод (Остин, Техас) . 2 (1): e28387. дои : 10.4161/trla.28387. ПМИД  26779403.
  21. ^ Бреннер С. Жизнь в науке (2001), опубликованная Biomed Central Limited ISBN 0-9540278-0-9, см. страницы 101-104. 
  22. ^ Эдгар Б. (2004). «Геном бактериофага Т4: археологические раскопки». Генетика . 168 (2): 575–82. ПМЦ 1448817 . ПМИД  15514035. см. стр. 580-581
  23. ↑ РаджБхандари, Уттам Л. (15 февраля 2000 г.). «Еще сюрпризы в переводе: инициация без инициирующей тРНК». Труды Национальной академии наук . 97 (4): 1325–1327. Бибкод : 2000PNAS...97.1325R. дои : 10.1073/pnas.040579197 . ПМК 34295 . ПМИД  10677458. 
  24. ^ «С чего начать? Альтернативный механизм трансляции белков создает непредвиденные антигены» . ПЛОС Биология . 2 (11): е397. 26 октября 2004 г. doi : 10.1371/journal.pbio.0020397 . ПМК 524256 . 
  25. ^ Старк, SR; Цзян, В; Павон-Этернод, М; Прасад, С; Маккарти, Б; Пан, Т; Шастри, Н. (2012). «Лейцин-тРНК инициирует стартовые кодоны CUG для синтеза и презентации белка MHC класса I». Наука . 336 (6089): 1719–23. Бибкод : 2012Sci...336.1719S. дои : 10.1126/science.1220270. PMID  22745432. S2CID  206540614.
  26. ^ Девер, TE (2012). «Молекулярная биология. Новый старт синтеза белка». Наука . 336 (6089): 1645–6. дои : 10.1126/science.1224439. PMID  22745408. S2CID  44326947.
  27. ^ Варшни, У.; РаджБхандари, UL (1 февраля 1990 г.). «Инициация синтеза белка с терминирующего кодона». Труды Национальной академии наук . 87 (4): 1586–1590. Бибкод : 1990PNAS...87.1586V. дои : 10.1073/pnas.87.4.1586 . ISSN  0027-8424. ПМК 53520 . ПМИД  2406724. 
  28. ^ Винсент, Рассел М.; Райт, Брэдли В.; Яшке, Пол Р. (15 марта 2019 г.). «Измерение ортогональности тРНК янтарного инициатора в геномно перекодированном организме» (PDF) . ACS Синтетическая биология . 8 (4): 675–685. doi : 10.1021/acsynbio.9b00021. ISSN  2161-5063. PMID  30856316. S2CID  75136654.

Внешние ссылки