Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Стоп-кодон (красная точка) гена MT-ATP8 митохондриальной ДНК человека и стартовый кодон (синий кружок) гена MT-ATP6 . Для каждого триплета нуклеотидов (квадратные скобки) дается соответствующая аминокислота (однобуквенный код) либо в рамке считывания +1 для MT-ATP8 (красный), либо в рамке +3 для MT-ATP6 (синим цветом ). В этой геномной области два гена перекрываются .

В молекулярной биологии (в частности, биосинтезе белка ) стоп-кодон (или кодон терминации ) представляет собой кодон ( триплет нуклеотидов в матричной РНК ), который сигнализирует о завершении процесса трансляции текущего белка . [1] Большинство кодонов в матричной РНК соответствуют добавлению аминокислоты к растущей полипептидной цепи, которая в конечном итоге может стать белком; стоп-кодоны сигнализируют о завершении этого процесса за счет связывания факторов высвобождения , которые вызывают рибосомный субъединицы диссоциировать, высвобождая аминокислотную цепь.

В то время как для старт-кодонов требуются близлежащие последовательности или факторы инициации для начала трансляции, одного стоп-кодона достаточно для инициации терминации.

Свойства [ править ]

Стандартные кодоны [ править ]

В стандартном генетическом коде есть три разных кодона терминации:

КодонСтандартный код
(таблица перевода 1)		Имя
ДНКРНК
ТЕГUAGСТОП = Тер (*)"Янтарь"
TAAUAAСТОП = Тер (*)"охра"
TGAUGAСТОП = Тер (*)«опал» (или «умбра»)

Альтернативные стоп-кодоны [ править ]

Существуют вариации на стандартном генетическом коде , и альтернативные кодоны остановки были найдены в митохондриальных геном из позвоночных , [2] Scenedesmus косой , [3] и Thraustochytrium . [4]

Таблица альтернативных стоп-кодонов и сравнение со стандартным генетическим кодом
Генетический код
Таблица перевода		КодонПеревод
с этим кодом		Стандартный перевод
ДНКРНК
Митохондриальные позвоночные2AGAAGAСТОП = Тер (*)Арг (R)
AGGAGGСТОП = Тер (*)Арг (R)
Scenedesmus obliquus митохондриальный22TCAУЦАСТОП = Тер (*)Сер (S)
Митохондриальный Thraustochytrium23TTAUUAСТОП = Тер (*)Лей (L)
Аминокислотные биохимические свойстваНеполярныйПолярныйБазовыйКислаяПрекращение: стоп-кодон

Переназначенные стоп-кодоны [ править ]

Ядерный генетический код гибок, о чем свидетельствуют варианты генетических кодов, которые переназначают стандартные стоп-кодоны аминокислотам. [5]

Таблица условных стоп-кодонов и сравнение со стандартным генетическим кодом
Генетический код
Таблица перевода		КодонУсловный
перевод		Стандартный перевод
ДНКРНК
Кариореликт ядерный27TGAUGAТер (*)или жеTrp (Вт)Тер (*)
Кондилостома ядерная28TAAUAAТер (*)или жеGln (Q)Тер (*)
ТЕГUAGТер (*)или жеGln (Q)Тер (*)
TGAUGAТер (*)или жеTrp (Вт)Тер (*)
Бластокритидия ядерная31 годTAAUAAТер (*)или жеGlu (E)Тер (*)
ТЕГUAGТер (*)или жеGlu (E)Тер (*)

Перевод [ править ]

В 2007 году кодон UGA был идентифицирован как кодон, кодирующий селеноцистеин (Sec), и обнаружен в 25 селенопротеинах, расположенных в активном центре белка. Трансляция этого кодона возможна благодаря близости элемента SECIS (последовательность включения SElenoCysteine). [6]

Кодон UAG может переводиться в пирролизин (Pyl) аналогичным образом.

Геномное распределение [ править ]

Распределение стоп-кодонов в геноме организма неслучайно и может коррелировать с GC-содержанием . [7] [8] Например, геном E. coli K-12 содержит 2705 стоп-кодонов TAA (63%), 1257 TGA (29%) и 326 TAG (8%) (содержание GC 50,8%). [9] Также субстраты для фактора высвобождения 1 стоп-кодонов или фактора высвобождения 2 сильно коррелируют с количеством стоп-кодонов. [10]Крупномасштабное исследование бактерий с широким диапазоном содержания GC показывает, что, хотя частота появления TAA отрицательно коррелирует с содержанием GC, а частота появления TGA положительно коррелирует с содержанием GC, частота встречаемости стоп-кодона TAG, который часто является минимально используемым стоп-кодоном в геноме, не зависит от содержания GC. [11]

Признание [ править ]

Распознавание стоп-кодонов у бактерий было связано с так называемым «трипептидным антикодоном» [12], высококонсервативным аминокислотным мотивом в RF1 (PxT) и RF2 (SPF). Несмотря на то, что это подтверждается структурными исследованиями, было показано, что гипотеза трипептидного антикодона является чрезмерным упрощением. [13]

Номенклатура [ править ]

Стоп-кодонам исторически давали много разных имен, поскольку каждый из них соответствовал определенному классу мутантов, которые все вели себя одинаково. Эти мутанты были впервые выделены в бактериофагах ( Т4 и лямбда ), вирусах, которые инфицируют бактерии Escherichia coli . Мутации в вирусных генах ослабляли их инфекционную способность, иногда создавая вирусы, которые могли инфицировать и расти только в определенных разновидностях E. coli .

янтарные мутации ( UAG ) [ править ]

Они были первым набором бессмысленных мутаций, который был обнаружен, выделен Ричардом Х. Эпштейном и Чарльзом Стейнбергом и назван в честь их друга и аспиранта Калифорнийского технологического института Харриса Бернстайна, чья фамилия на немецком языке означает « янтарь » ( ср. Бернштейн ). [14] [15]

Вирусы с янтарными мутациями характеризуются своей способностью инфицировать только определенные штаммы бактерий, известные как янтарные супрессоры. Эти бактерии несут собственную мутацию, которая позволяет восстановить функции мутантных вирусов. Например, мутация тРНК, которая распознает стоп-кодон янтарного цвета, позволяет трансляции «читать» кодон и производить полноразмерный белок, тем самым восстанавливая нормальную форму белка и «подавляя» мутацию янтарного цвета. [16] Таким образом, янтарные мутанты представляют собой целый класс вирусных мутантов, которые могут расти в бактериях, содержащих мутации-супрессоры янтаря. Подобные супрессоры известны также для стоп-кодонов охры и опала.

охровые мутации ( UAA ) [ править ]

Это была вторая обнаруженная мутация стоп-кодона. Этот второй стоп-кодон, напоминающий обычный желто-оранжево-коричневый цвет, связанный с янтарем, получил название « охра » , оранжево-красновато-коричневый минеральный пигмент. [15]

Мутантные вирусы охры обладали свойством, сходным с мутантами янтаря, в том, что они восстанавливали инфекционную способность определенных штаммов бактерий-супрессоров. Набор супрессоров охры отличался от супрессоров янтаря, поэтому предполагалось, что мутанты охры соответствуют другому триплету нуклеотидов. Посредством серии экспериментов по мутациям, сравнивающих эти мутанты друг с другом и другими известными кодонами аминокислот, Сидней Бреннер пришел к выводу, что мутации янтаря и охры соответствуют триплетам нуклеотидов «UAG» и «UAA». [17]

опал или умбры мутации ( УЗА ) [ править ]

Третий и последний стоп-кодон в стандартном генетическом коде был обнаружен вскоре после этого и соответствует триплету нуклеотидов "UGA". [18]

Чтобы продолжить согласование с темой цветных минералов, третий бессмысленный кодон стал известен как « опал » , который представляет собой тип кремнезема, показывающий множество цветов. [15] Бессмысленные мутации, которые создали этот преждевременный стоп-кодон, позже были названы мутациями опала или мутациями умбры .

Мутации [ править ]

Ерунда [ править ]

Нонсенс-мутации - это изменения в последовательности ДНК, которые вводят преждевременный стоп-кодон, вызывая ненормальное укорачивание любого образующегося белка. Это часто вызывает потерю функции белка, поскольку критические части аминокислотной цепи больше не создаются. Из-за этой терминологии стоп-кодоны также называют бессмысленными кодонами .

Без остановок [ править ]

Без остановки мутации является точечная мутация , которая происходит в стоп - кодон. Непрерывные мутации вызывают непрерывную трансляцию цепи мРНК в область, которая должна быть нетранслируемой. Большинство полипептидов, происходящих от гена с непрерывной мутацией, нефункциональны из-за их большой длины.

Непрерывные мутации отличаются от бессмысленных мутаций тем, что они не создают стоп-кодон, а вместо этого удаляют его. Непрерывные мутации также отличаются от миссенс-мутаций , которые представляют собой точечные мутации, в которых один нуклеотид изменяется, чтобы вызвать замену другой аминокислотой .

Непрерывные мутации были связаны с несколькими врожденными заболеваниями, включая врожденную гиперплазию надпочечников , [19] вариабельный дисгенез переднего сегмента , [20] кистозный фиброз [21] и митохондриальную нейрогастроинтестинальную энцефаломиопатию . [22]

Скрытые остановки [ править ]

Пример делеции одного основания, образующей стоп-кодон.

Скрытые стоп -кодоны - это безостановочные кодоны, которые читались бы как стоп-кодоны, если бы они были сдвинуты на +1 или -1. Они преждевременно прекращают трансляцию, если соответствующий сдвиг рамки (например, из-за проскальзывания рибосомной РНК) происходит до скрытой остановки. Предполагается, что это снижает трату ресурсов на нефункциональные белки и производство потенциальных цитотоксинов . Исследователи из Университета штата Луизиана выдвигают гипотезу засады , для которой выбираются скрытые остановки. Кодоны, которые могут образовывать скрытые остановки, используются в геномах чаще, чем синонимичные кодоны, которые в противном случае кодировали бы ту же аминокислоту. Нестабильная рРНКв организме коррелирует с более высокой частотой скрытых остановок. [23] Эта гипотеза, однако, не могла быть подтверждена с большим набором данных. [24]

Стоп-кодоны и скрытые стоп-сигналы вместе называются стоп-сигналами. Исследователи из Университета Мемфиса обнаружили, что отношения стоп-сигналов на трех рамках считывания генома (называемые отношением стоп-сигналов трансляции или TSSR) генетически связанных бактерий, несмотря на их большие различия в содержании генов, во многом схожи. . Это почти идентичное значение Genomic-TSSR генетически связанных бактерий может предполагать, что расширение бактериального генома ограничено их уникальной ошибкой стоп-сигналов этого вида бактерий. [25]

Чтение переводов [ править ]

Подавление стоп-кодона или считывание трансляции происходит, когда при трансляции стоп-кодон интерпретируется как смысловой кодон, то есть когда (стандартная) аминокислота «кодируется» стоп-кодоном. Мутированные тРНК могут быть причиной считывания, но также могут быть определенные нуклеотидные мотивы, близкие к стоп-кодону. Трансляционное считывание очень часто встречается у вирусов и бактерий, а также было обнаружено как принцип регуляции генов у людей, дрожжей, бактерий и дрозофил. [26] [27] Этот вид эндогенного считывания трансляции представляет собой разновидность генетического кода , поскольку стоп-кодон кодирует аминокислоту. В случае малатдегидрогеназы человекастоп-кодон считывается с частотой около 4%. [28] Аминокислота, вставленная в стоп-кодон, зависит от идентичности самого стоп-кодона: Gln, Tyr и Lys были обнаружены для кодонов UAA и UAG, в то время как Cys, Trp и Arg для кодона UGA были обнаружены. идентифицированы масс-спектрометрией. [29]

Использовать как водяной знак [ править ]

В 2010 году, когда Крейг Вентер представил первую полностью функционирующую воспроизводящую клетку, управляемую синтетической ДНК, он описал, как его команда использовала частые стоп-кодоны для создания водяных знаков в РНК и ДНК, чтобы подтвердить, что результаты действительно были синтетическими (а не загрязненными или иными) он предназначен для кодирования имен авторов и адресов веб-сайтов. [30]

См. Также [ править ]

  • Генетический код
  • Стартовый кодон
  • Терминаторный ген

Ссылки [ править ]

  1. ^ Гриффитс AJF, Miller JH, Suzuki DT, Левонтин RC, Gelbart WM (2000). «Глава 10 (Молекулярная биология функции генов): Генетический код: стоп-кодоны» . Введение в генетический анализ . WH Freeman and Company.
  2. ^ Barrell, BG; Банкир, AT; Друин, Дж. (1979-11-08). «Другой генетический код в митохондриях человека» . Природа . 282 (5735): 189–194. DOI : 10.1038 / 282189a0 . ISSN 0028-0836 . PMID 226894 . S2CID 4335828 .   
  3. ^ AM Nedelcu, RW Ли, Г. Лемье, MW Грей, Г. Бюргер (июнь 2000). «Полная последовательность митохондриальной ДНК Scenedesmus obliquus отражает промежуточный этап эволюции митохондриального генома зеленых водорослей» . Геномные исследования . 10 (6): 819–831. DOI : 10.1101 / gr.10.6.819 . PMC 310893 . PMID 10854413 .  CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  4. ^ Wideman, Джереми G .; Монье, Адам; Родригес-Мартинес, Ракель; Леонард, Гай; Повар, Эмили; Пуарье, Камилла; Магуайр, Финлей; Милнер, Дэвид С .; Ирвин, Николас AT; Мур, Карен; Санторо, Элисон Э. (25 ноября 2019 г.). «Неожиданное разнообразие митохондриального генома, выявленное целенаправленной одноклеточной геномикой гетеротрофных флагеллированных протистов» . Природная микробиология . 5 (1): 154–165. DOI : 10.1038 / s41564-019-0605-4 . ЛВП : 10871/39819 . ISSN 2058-5276 . PMID 31768028 . S2CID 208279678 .   
  5. ^ Сварт, Эстьен Карл; Серра, Валентина; Петрони, Джулио; Новацкий, Мариуш (2016). «Генетические коды без выделенного стоп-кодона: завершение перевода в зависимости от контекста» . Cell . 166 (3): 691–702. DOI : 10.1016 / j.cell.2016.06.020 . PMC 4967479 . PMID 27426948 .  
  6. ↑ Папп, Лаура Ванда; Лу, Джун; Холмгрен, Арне; Ханна, Кум-Кум (2007). «От селена до селенопротеинов: синтез, идентичность и их роль в здоровье человека» . Антиоксиданты и редокс-сигналы . 9 (7): 775–806. DOI : 10.1089 / ars.2007.1528 . PMID 17508906 . S2CID 38176932 .  
  7. ^ Поволоцкая И.С., Кондрашов Ф.А., Ледда А, Власов П.К. (2012). «Стоп-кодоны в бактериях не избирательно эквивалентны» . Биология Директ . 7 : 30. DOI : 10.1186 / 1745-6150-7-30 . PMC 3549826 . PMID 22974057 .  
  8. ^ Коркмаз, Гюркан; Холм, Микаэль; Винс, Тобиас; Саньял, Супарна (2014). «Комплексный анализ использования стоп-кодонов в бактериях и его корреляции с изобилием фактора выпуска» . Журнал биологической химии . 289 (44): 775–806. DOI : 10.1074 / jbc.M114.606632 . PMC 4215218 . PMID 25217634 .  
  9. ^ " Escherichia coli str. K-12 substr. MG1655, полный геном [регистрационный номер Genbank: U00096]" . GenBank . NCBI . Проверено 27 января 2013 .
  10. ^ Коркмаз, Гюркан; Холм, Микаэль; Винс, Тобиас; Саньял, Супарна (2014). «Комплексный анализ использования стоп-кодонов в бактериях и его корреляции с изобилием фактора выпуска» . Журнал биологической химии . 289 (44): 775–806. DOI : 10.1074 / jbc.M114.606632 . PMC 4215218 . PMID 25217634 .  
  11. ^ Вонг, Тит-Йи; Фернандес, Санджит; Санкхон, Наби; Леонг, Патрик П.; Куо, Джимми; Лю, Чон-Кан (2008). «Роль преждевременных стоп-кодонов в эволюции бактерий» . Журнал бактериологии . 190 (20): 6718–6725. DOI : 10.1128 / JB.00682-08 . PMC 2566208 . PMID 18708500 .  
  12. ^ Ито, Коичи; Уно, Макико; Накамура, Йошикадзу (1999). «Трипептид« антикодон »расшифровывает стоп-кодоны в информационной РНК». Природа . 403 (6770): 680–684. DOI : 10.1038 / 35001115 . PMID 10688208 . S2CID 4331695 .  
  13. ^ Коркмаз, Гюркан; Саньял, Супарна (2017). «Мутация R213I фактора высвобождения 2 (RF2) - это шаг вперед в разработке всемогущего фактора высвобождения в бактериях Escherichia coli » . Журнал биологической химии . 292 (36): 15134–15142. DOI : 10.1074 / jbc.M117.785238 . PMC 5592688 . PMID 28743745 .  
  14. ^ Stahl FW (1995). «Янтарные мутанты фага Т4» . Генетика . 141 (2): 439–442. PMC 1206745 . PMID 8647382 .  
  15. ^ a b c Левин, Бенджамин; Krebs, Jocelyn E .; Goldstein, Elliott S .; Килпатрик, Стивен Т. (18 апреля 2011 г.). Основные Гены Левина . Издательство "Джонс и Бартлетт". ISBN 978-1-4496-4380-5.
  16. ^ Робин Кук. «Обзор мутаций янтаря, охры и опала» . Мир генетики . Гейл.
  17. ^ Бреннер, S .; Стреттон, штат Аау; Каплан, С. (1965). «Генетический код: триплеты« бессмыслицы »для прерывания цепи и их подавления». Природа . 206 (4988): 994-8. Bibcode : 1965Natur.206..994B . DOI : 10.1038 / 206994a0 . PMID 5320272 . S2CID 28502898 .  
  18. ^ Бреннер, S .; Barnett, L .; Кац, ER; Крик, FHC (1967). «UGA: Третья бессмыслица в генетическом коде». Природа . 213 (5075): 449–50. Bibcode : 1967Natur.213..449B . DOI : 10.1038 / 213449a0 . PMID 6032223 . S2CID 4211867 .  
  19. ^ Pang S .; Wang W .; и другие. (2002). «Новая непрерывная мутация в стоп-кодоне и новая миссенс-мутация в гене 3бета-гидроксистероид дегидрогеназы (3beta-HSD) типа II, вызывающая, соответственно, неклассическую и классическую недостаточность 3beta-HSD врожденную гиперплазию надпочечников». J Clin Endocrinol Metab . 87 (6): 2556–63. DOI : 10,1210 / jc.87.6.2556 . PMID 12050213 . 
  20. ^ Doucette, L .; и другие. (2011). «Новая непрерывная мутация в FOXE3 вызывает аутосомно-доминантную форму вариабельной дисгенезии переднего сегмента, включая аномалию Петерса» . Европейский журнал генетики человека . 19 (3): 293–299. DOI : 10.1038 / ejhg.2010.210 . PMC 3062009 . PMID 21150893 .  
  21. ^ Guimbellot, Дженнифер; Шарма, Джьоти; Роу, Стивен М. (ноябрь 2017 г.). «К инклюзивной терапии с модуляторами CFTR: прогресс и проблемы» . Детская пульмонология . 52 (S48): S4 – S14. DOI : 10.1002 / ppul.23773 . ISSN 1099-0496 . PMC 6208153 . PMID 28881097 .   
  22. ^ Torres-Torronteras, J .; Rodriguez-Palmero, A .; и другие. (2011). «Новая непрерывная мутация в TYMP не вызывает безостановочного распада мРНК у пациента с MNGIE с тяжелой невропатией» (PDF) . Гм. Мутат . 32 (4): E2061 – E2068. DOI : 10.1002 / humu.21447 . PMID 21412940 .  
  23. ^ Селигманн, Эрве; Поллок, Дэвид Д. (2004). «Гипотеза засады: скрытые стоп-кодоны предотвращают чтение генов вне кадра». ДНК и клеточная биология . 23 (10): 701–5. DOI : 10,1089 / 1044549042476910 . PMID 15585128 . 
  24. ^ Кавальканти, Андре; Чанг, Шарлотта Н .; Моргенс, Дэвид В. (2013). «Преодоление гипотезы засады: прогнозирование и оценка частот кодонов вне кадра в геномах прокариот» . BMC Genomics . 14 (418): 1–8. DOI : 10.1186 / 1471-2164-14-418 . PMC 3700767 . PMID 23799949 .  
  25. ^ Вонг, Тит-Йи; Шварцбах, Стив (2015). «Неправильная терминация белка вызывает генетические заболевания, рак и ограничивает расширение бактериального генома». Журнал экологической науки и здравоохранения, часть С . 33 (3): 255–85. DOI : 10.1080 / 10590501.2015.1053461 . PMID 26087060 . S2CID 20380447 .  
  26. ^ Namy О, Руссэ ДП, Napthine S, Бриерли I (2004). «Перепрограммированное генетическое декодирование в экспрессии клеточных генов». Молекулярная клетка . 13 (2): 157–68. DOI : 10.1016 / S1097-2765 (04) 00031-0 . PMID 14759362 . 
  27. ^ Schueren Р, Т Лингнер, Джордж R, Hofhuis J, J Gartner, ТЬотз S (2014). «Пероксисомальная лактатдегидрогеназа генерируется путем считывания трансляции у млекопитающих» . eLife . 3 : e03640. DOI : 10.7554 / eLife.03640 . PMC 4359377 . PMID 25247702 .  
  28. ^ Hofhuis Дж, Schueren Ж, Nötzel С, Т Лингнер, Гертнер Дж, Яна О, ТЬотз S (2016). «Расширение функционального считывания малатдегидрогеназы выявляет модификацию генетического кода» . Откройте Биол . 6 (11): 160246. DOI : 10.1098 / rsob.160246 . PMC 5133446 . PMID 27881739 .  
  29. ^ Бланше S, D Корня, Арджентиньте М, Namy O (2014). «Новые сведения о включении естественных супрессорных тРНК в стоп-кодоны в Saccharomyces cerevisiae » . Nucleic Acids Res . 42 (15): 10061–72. DOI : 10.1093 / NAR / gku663 . PMC 4150775 . PMID 25056309 .  
  30. ^ «Смотри, как я раскрываю« синтетическую жизнь » » .