stringtranslate.com

Стартовый кодон

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

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

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

Расшифровка

Во всех трех доменах жизни стартовый кодон декодируется специальной «инициирующей» транспортной РНК, отличной от тРНК, используемых для удлинения. Существуют важные структурные различия между инициирующей тРНК и удлиняющей, с отличительными особенностями, служащими для удовлетворения ограничений системы трансляции. У бактерий и органелл акцепторный стебель несоответствия C1:A72 направляет формилирование, которое направляет рекрутирование 30S рибосомой в сайт P; так называемые пары оснований «3GC» позволяют сборку в 70S рибосоме. [1] У эукариот и архей стебель T предотвращает связывание факторов удлинения , в то время как eIF2 специфически распознает прикрепленный метионин и пару оснований A1:U72. [2]

В любом случае, естественная инициирующая тРНК кодирует только метионин. [3] Знание ключевых распознающих признаков позволило исследователям сконструировать альтернативные инициирующие тРНК, которые кодируют различные 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 транслируются как Met, когда они находятся в начале белка (даже если кодон кодирует другую аминокислоту). Это происходит потому, что для инициации используется отдельная тРНК. [3]

Эукариоты

Альтернативные стартовые кодоны (не AUG) очень редки в эукариотических геномах: широкий спектр механизмов работает, чтобы гарантировать относительную точность инициации AUG. [4] Однако, для некоторых клеточных мРНК были зарегистрированы естественные стартовые кодоны не AUG. [5] Семь из девяти возможных однонуклеотидных замен в стартовом кодоне AUG дигидрофолатредуктазы функциональны как сайты начала трансляции в клетках млекопитающих. [6]

Бактерии

Бактерии, как правило, не имеют широкого спектра факторов трансляции, контролирующих точность стартового кодона. GUG и UUG являются основными, даже «каноническими», альтернативными стартовыми кодонами. [4] GUG в частности важен для контроля репликации плазмид. [4]

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

Хорошо известные кодирующие регионы, не имеющие инициирующих кодонов AUG, — это lacI (GUG) [10] [11] и lacA (UUG) [12] в lac опероне E. coli . Два более поздних исследования независимо показали, что 17 или более не-AUG стартовых кодонов могут инициировать трансляцию в E. coli . [13] [14]

Митохондрии

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

Археи

Археи, которые являются прокариотами с аппаратом трансляции, похожим на таковой у эукариот, но более простым, допускают инициацию в UUG и GUG. [4]

Стартовые кодоны вверх по течению

Это «альтернативные» стартовые кодоны в том смысле, что они находятся выше обычных стартовых кодонов и, таким образом, могут использоваться в качестве альтернативных стартовых кодонов. Более половины всех человеческих мРНК имеют по крайней мере один кодон AUG выше (uAUG) их 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 слабое ингибирующее действие на последующую трансляцию, поскольку большинство стартов uORF являются негерметичными (т.е. не инициируют трансляцию или поскольку рибосомы, завершающиеся после трансляции коротких ORF, часто способны к повторной инициации). [17]

Стандартный генетический код

A Возможные стартовые кодоны в таблице NCBI 1. AUG является наиболее распространенным. [19] Два других стартовых кодона, перечисленных в таблице 1 (GUG и UUG), редки у эукариот. [20] У прокариот менее строгие требования к стартовым кодонам; они описаны в таблице NCBI 11 .
B ^ ^ ^ Историческая основа обозначения стоп-кодонов как янтарного, охрового и опалового описана в автобиографии Сидни Бреннера [21] и в исторической статье Боба Эдгара. [22]

Неметиониновые стартовые кодоны

Естественный

Трансляция, начатая внутренним сайтом входа рибосомы (IRES), который обходит ряд обычных эукариотических систем инициации, может иметь неметиноновое начало с кодонами GCU или CAA. [23]

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

Сконструированные стартовые кодоны

Сконструированная инициирующая тРНК (тРНКfMet
CUA, измененный с MetY тРНКfMet
КАУ) были использованы для инициации трансляции на янтарном стоп-кодоне UAG в E. coli . Инициация с помощью этой тРНК не только вставляет традиционный формилметионин , но и формилглутамин, поскольку глутамил-тРНК-синтаза также распознает новую тРНК. [27] (Напомним, что бактериальная система инициации трансляции не проверяет специально метионин, а только формильную модификацию). [1] Одно исследование показало, что янтарный инициатор тРНК не инициирует трансляцию в какой-либо измеримой степени с геномно-кодируемых кодонов UAG, а только с репортеров, переносимых плазмидой, с сильными сайтами Шайна-Дальгарно выше по течению . [28]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab Shetty, S; Shah, RA; Chembazhi, UV; Sah, S; Varshney, U (28 февраля 2017 г.). «Две высококонсервативные особенности бактериальных инициаторных тРНК позволяют им проходить через различные контрольные точки при инициации трансляции». Nucleic Acids Research . 45 (4): 2040–2050. doi :10.1093/nar/gkw854. PMC  5389676 . PMID  28204695.
  2. ^ Kolitz, SE; Lorsch, JR (21 января 2010 г.). «Эукариотическая инициирующая тРНК: тонко настроенная и готовая к действию». FEBS Letters . 584 (2): 396–404. doi :10.1016/j.febslet.2009.11.047. PMC 2795131. PMID  19925799 . 
  3. ^ ab Лобанов, АВ; Туранов, АА; Хэтфилд, ДЛ; Гладышев, ВН (2010). «Двойные функции кодонов в генетическом коде». Критические обзоры по биохимии и молекулярной биологии . 45 (4): 257–65. doi :10.3109/10409231003786094. PMC 3311535. PMID  20446809 . 
  4. ^ abcd Асано, К (2014). «Почему выбор стартового кодона у эукариот столь точен?». Перевод (Остин, Техас) . 2 (1): e28387. doi :10.4161/trla.28387. PMC 4705826. PMID  26779403 . 
  5. ^ Иванов ИП, Фирт AE, Мишель AM, Аткинс ДжФ, Баранов ПВ (2011). «Идентификация эволюционно консервативных не-AUG-инициированных N-концевых расширений в человеческих кодирующих последовательностях». Nucleic Acids Research . 39 (10): 4220–4234. doi :10.1093/nar/gkr007. PMC 3105428. PMID 21266472  . 
  6. ^ Пибоди, Д.С. (1989). «Инициация трансляции в не-AUG триплетах в клетках млекопитающих». Журнал биологической химии . 264 (9): 5031–5. doi : 10.1016/S0021-9258(18)83694-8 . PMID  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. ^ Missiakas, D.; Georgopoulos, C.; Raina, S. (1993). «Ген теплового шока Escherichia coli htpY: мутационный анализ, клонирование, секвенирование и транскрипционная регуляция». Журнал бактериологии . 175 (9): 2613–2624. doi :10.1128/jb.175.9.2613-2624.1993. PMC 204563. PMID  8478327 . 
  10. ^ Оперон лактозы E.coli с генами lacI, lacZ, lacY и lacA GenBank: J01636.1
  11. ^ Farabaugh, PJ (1978). "Последовательность гена lacI". Nature . 274 (5673): 765–769. Bibcode :1978Natur.274..765F. doi :10.1038/274765a0. PMID  355891. S2CID  4208767.
  12. ^ Просмотрщик последовательностей NCBI v2.0
  13. ^ Хехт, Ариэль; Глазго, Джефф; Яшке, Пол Р.; Бавазер, Лукман А.; Мансон, Мэтью С.; Кокран, Дженнифер Р .; Энди, Дрю; Салит, Марк (2017). «Измерения инициации трансляции со всех 64 кодонов в E. coli». Nucleic Acids Research . 45 (7): 3615–3626. doi :10.1093/nar/gkx070. PMC 5397182. PMID 28334756  . 
  14. ^ Фирнберг, Элад; Лабонте, Джейсон; Грей, Джеффри; Остермейр, Марк А. (2014). «Комплексная карта ландшафта приспособленности гена с высоким разрешением». Молекулярная биология и эволюция . 31 (6): 1581–1592. doi :10.1093/molbev/msu081. PMC 4032126. PMID  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. ^ Эльзановский, Анджей; Остелл, Джим. «Генетические коды». NCBI . Получено 29 марта 2019 г.
  17. ^ ab Андреев, Дмитрий Э.; Лофран, Гэри; Федорова, Алла Д.; Михайлова, Мария С.; Шацкий, Иван Н.; Баранов, Павел В. (2022-05-09). "Инициация трансляции без AUG у млекопитающих". Genome Biology . 23 (1): 111. doi : 10.1186/s13059-022-02674-2 . ISSN  1474-760X. PMC 9082881 . PMID  35534899. 
  18. ^ Elzanowski A, Ostell J (7 января 2019 г.). «Генетические коды». Национальный центр биотехнологической информации. Архивировано из оригинала 5 октября 2020 г. Получено 21 февраля 2019 г.
  19. ^ Накамото Т (март 2009). «Эволюция и универсальность механизма инициации синтеза белка». Gene . 432 (1–2): 1–6. doi :10.1016/j.gene.2008.11.001. PMID  19056476.
  20. ^ Асано, К (2014). «Почему выбор стартового кодона у эукариот столь точен?». Перевод (Остин, Техас) . 2 (1): e28387. doi :10.4161/trla.28387. PMID  26779403.
  21. ^ Бреннер С. Жизнь в науке (2001) Опубликовано 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. PMC 1448817. PMID 15514035  . см. страницы 580-581
  23. ^ РаджБхандари, Уттам Л. (15 февраля 2000 г.). «Еще больше сюрпризов в переводе: инициация без инициирующей тРНК». Труды Национальной академии наук . 97 (4): 1325–1327. Bibcode : 2000PNAS...97.1325R. doi : 10.1073/pnas.040579197 . PMC 34295. PMID  10677458 . 
  24. ^ "С чего начать? Альтернативный механизм трансляции белков создает непредвиденные антигены". PLOS Biology . 2 (11): e397. 26 октября 2004 г. doi : 10.1371/journal.pbio.0020397 . PMC 524256 . 
  25. ^ Starck, SR; Jiang, V; Pavon-Eternod, M; Prasad, S; McCarthy, B; Pan, T; Shastri, N (2012). «Лейциновая тРНК инициируется в стартовых кодонах CUG для синтеза белка и презентации MHC класса I». Science . 336 (6089): 1719–23. Bibcode :2012Sci...336.1719S. doi :10.1126/science.1220270. PMID  22745432. S2CID  206540614.
  26. ^ Девер, TE (2012). «Молекулярная биология. Новый старт для синтеза белка». Science . 336 (6089): 1645–6. doi :10.1126/science.1224439. PMID  22745408. S2CID  44326947.
  27. ^ Varshney, U.; RajBhandary, UL (1990-02-01). "Инициация синтеза белка с терминирующего кодона". Труды Национальной академии наук . 87 (4): 1586–1590. Bibcode : 1990PNAS...87.1586V. doi : 10.1073/pnas.87.4.1586 . ISSN  0027-8424. PMC 53520. PMID 2406724  . 
  28. ^ Винсент, Рассел М.; Райт, Брэдли В.; Яшке, Пол Р. (2019-03-15). «Измерение ортогональности инициирующей тРНК янтаря в геномно-перекодированном организме» (PDF) . ACS Synthetic Biology . 8 (4): 675–685. doi :10.1021/acssynbio.9b00021. ISSN  2161-5063. PMID  30856316. S2CID  75136654.

Внешние ссылки