stringtranslate.com

Синонимическая замена

Точечные замены кодона, классифицированные по влиянию на последовательность белка.

Синонимичная замена (часто называемая молчащей заменой , хотя они не всегда молчаливые) — это эволюционная замена одного основания на другое в экзоне гена, кодирующего белок , при которой полученная аминокислотная последовательность не изменяется. Это возможно, поскольку генетический код является « вырожденным », что означает, что некоторые аминокислоты кодируются более чем одним кодоном из трех пар оснований ; поскольку некоторые кодоны данной аминокислоты отличаются всего на одну пару оснований от других, кодирующих ту же аминокислоту, мутация, которая заменяет «нормальное» основание одной из альтернатив, приведет к включению той же самой аминокислоты в кодон. растущая полипептидная цепь при трансляции гена. Синонимические замены и мутации, затрагивающие некодирующую ДНК , часто считают молчащими мутациями ; однако не всегда мутация молчит. [1] [2] [3] [4] [5]

Поскольку существует 22 кода для 64 кодонов, грубо говоря, мы должны ожидать, что случайная замена будет синонимом вероятности около 22/64 = 34%. Фактическая стоимость составляет около 20%. [6]

Синонимичная мутация может влиять на транскрипцию , сплайсинг , транспорт мРНК и трансляцию , любой из которых может изменить результирующий фенотип , делая синонимическую мутацию немолчащей. [3] Субстратная специфичность тРНК к редкому кодону может влиять на время трансляции и, в свою очередь , на котрансляционное сворачивание белка . [1] Это отражается в предвзятости в использовании кодонов , которая наблюдается у многих видов . Несинонимическая замена приводит к изменению аминокислоты, которое можно произвольно далее классифицировать как консервативное (замена аминокислоты со схожими физико-химическими свойствами ), полуконсервативное (например, отрицательно заряженная аминокислота на положительно заряженную ) или радикальное (совершенно разные аминокислоты). кислота).

Вырожденность генетического кода

В трансляции белка участвует набор из двадцати аминокислот . Каждая из этих аминокислот кодируется последовательностью из трех пар оснований ДНК, называемой кодоном . Потому что возможных кодонов 64, а кодируемых аминокислот (в природе) всего 20-22 и стоп-сигнал (т.е. до трех кодонов, которые не кодируют ни одну аминокислоту и известны как стоп-кодоны , что указывает на то, что трансляция должна остановиться). Некоторые аминокислоты кодируются 2, 3, 4 или 6 разными кодонами. Например, кодоны ТТТ и ТТС кодируют аминокислоту фенилаланин . Это часто называют избыточностью генетического кода . Существует два механизма избыточности: несколько разных транспортных РНК могут доставлять одну и ту же аминокислоту или одна тРНК может иметь нестандартное колебательное основание в третьем положении антикодона, которое распознает более одного основания в кодоне.

Предположим, что в приведенном выше примере с фенилаланином основание в положении 3 кодона ТТТ было заменено на C, в результате чего остался кодон ТТС. Аминокислота в этом положении белка останется фенилаланином. Следовательно, замена является синонимической.

Эволюция

Когда происходит синонимичная или молчащая мутация , изменение часто считается нейтральным , то есть оно не влияет на способность особи, несущей новый ген, выживать и воспроизводиться.

Синонимические изменения не могут быть нейтральными, поскольку некоторые кодоны транслируются более эффективно (быстрее и/или точнее), чем другие. Например, когда было внесено несколько синонимичных изменений в ген алкогольдегидрогеназы плодовой мухи, заменив несколько кодонов на неоптимальные синонимы, выработка кодируемого фермента была снижена [7] , и взрослые мухи показали более низкую толерантность к этанолу. [8] Многие организмы, от бактерий до животных, демонстрируют предвзятое использование определенных синонимичных кодонов. Такая предвзятость в использовании кодонов может возникать по разным причинам, как селективным, так и нейтральным. Было показано, что у Saccharomyces cerevisiae использование синонимичных кодонов влияет на стабильность сворачивания мРНК , при этом мРНК, кодирующая вторичную структуру другого белка , предпочитает разные кодоны. [9]

Другая причина, по которой синонимические изменения не всегда нейтральны, заключается в том, что последовательности экзонов, расположенные вблизи экзон-интронных границ, функционируют как сигналы сплайсинга РНК . Когда сигнал сплайсинга разрушается синонимической мутацией, экзон не появляется в конечном белке. В результате получается усеченный белок. Одно исследование показало, что около четверти синонимичных вариаций, затрагивающих экзон 12 гена регулятора трансмембранной проводимости муковисцидоза, приводят к пропуску этого экзона. [10]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ ab Кимчи-Сарфати С, О Дж.М., Ким И.В., Сауна З.Е., Кальканьо А.М., Амбудкар С.В., Готтесман М.М. (январь 2007 г.). «Тихий» полиморфизм в гене MDR1 меняет субстратную специфичность». Наука . 315 (5811): 525–528. Бибкод : 2007Sci...315..525K. дои : 10.1126/science.1135308 . PMID  17185560. S2CID  15146955.
  2. ^ Чамари СП, Пармли Дж.Л., Херст Л.Д. (февраль 2006 г.). «Слушать тишину: ненейтральная эволюция на синонимичных участках у млекопитающих». Обзоры природы. Генетика . 7 (2): 98–108. дои : 10.1038/nrg1770. PMID  16418745. S2CID  25713689.
  3. ^ аб Гоймер П. (февраль 2007 г.). «Синонимические мутации нарушают свое молчание». Обзоры природы Генетика . 8 (2): 92. дои : 10.1038/nrg2056 . S2CID  29882152.
  4. ↑ Чжоу Т, Ко ЕА, Гу В, Лим И, Банг Х, Ко ДжХ (31 октября 2012 г.). «Немолчаливая история о синонимичных участках в генах потенциалзависимых ионных каналов». ПЛОС ОДИН . 7 (10): е48541. Бибкод : 2012PLoSO...748541Z. дои : 10.1371/journal.pone.0048541 . ПМЦ 3485311 . ПМИД  23119053. 
  5. ^ Граур Д. (2003). «Мутация одного основания» (PDF) . В Купер Д.Н. (ред.). Природная энциклопедия генома человека . Макмиллан. ISBN 0333803868.
  6. ^ Кимура М (август 1969 г.). «Скорость молекулярной эволюции, рассматриваемая с точки зрения популяционной генетики». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 63 (4): 1181–1188. Бибкод : 1969PNAS...63.1181K. дои : 10.1073/pnas.63.4.1181 . ПМК 223447 . ПМИД  5260917. 
  7. ^ Карлини Д.Б., Стефан В. (январь 2003 г.). «Введение in vivo непредпочтительных синонимичных кодонов в ген Adh дрозофилы приводит к снижению уровня белка ADH». Генетика . 163 (1): 239–243. дои : 10.1093/генетика/163.1.239. ПМЦ 1462401 . ПМИД  12586711. 
  8. ^ Карлини Д.Б. (июль 2004 г.). «Экспериментальное уменьшение смещения кодонов в гене алкогольдегидрогеназы дрозофилы приводит к снижению толерантности к этанолу у взрослых мух». Журнал эволюционной биологии . 17 (4): 779–785. дои : 10.1111/j.1420-9101.2004.00725.x . ПМИД  15271077.
  9. ^ Кахали Б., Басак С., Гош Т.К. (март 2007 г.). «Повторное исследование использования кодонов и аминокислот в геноме S. cerevisiae: новый взгляд на анализ вторичной структуры белка». Связь с биохимическими и биофизическими исследованиями . 354 (3): 693–699. дои : 10.1016/j.bbrc.2007.01.038. ПМИД  17258174.
  10. ^ Пагани Ф., Рапони М., Баралле Ф.Е. (май 2005 г.). «Синонимичные мутации в экзоне 12 CFTR влияют на сплайсинг и не являются нейтральными в эволюции». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 102 (18): 6368–6372. Бибкод : 2005PNAS..102.6368P. дои : 10.1073/pnas.0502288102 . ПМЦ 1088389 . ПМИД  15840711. .