Ma `lumot

Bir nechta kodonlarni taniydigan tRNAlar bir -biridan afzalmi?


Bitta tRNKga mos keladigan sinonim kodonlar orasidagi har xil bog'lanish kuchi/yaqinligining ta'siri qanday?


Sinonim kodonlar va ularning turli organizmlarda ishlatilishi haqida keng adabiyotlar mavjud. Menimcha, bu savol kodon-antikodon ta'sirining kuchi va tarjima samaradorligi (bu holda tezlik) o'rtasidagi bog'liqlikka tegishli.

  • Kodon-antikodon o'zaro ta'sirining kuchi vodorod aloqalari soniga bog'liq ekanligi bahsli emas (men bu borada bir nechta tajribalarni bilaman).
  • Tarjimaning maqbul tezligi uchun kodon-antikodon juftining assotsiatsiyasi va ajralishi o'rtasidagi muvozanat zarurligi bashorat qilingan. Shunday qilib, zaif o'zaro ta'sirlar (hamma AU) - bu assotsiatsiyani yoqtirmaydi - yoki kuchli o'zaro ta'sirlar (hamma GC) - bu dissotsilanishni yoqtirmaydi - oqsil sintezining oraliq o'zaro ta'sirlardagidek tez bo'lishiga imkon bermaydi (aralash AU, GC).
  • Bu tez o'sib borayotgan organizmlarning kodon ishlatilishida namoyon bo'ldi Escherichia coli, keyinchalik keng qamrovli tadqiqotlar bilan tasdiqlangan narsa. Aniqroq aytganda, ko'proq ifoda etilgan oqsillar (masalan, ribosomal oqsillar) mRNKlar tomonidan kodlangan bo'lib, ular tez tarjima qilish uchun bashorat qilingan oraliq kodon-antikodonli o'zaro ta'sirlarni o'z ichiga oladi. Bundan farqli o'laroq, yomon ifodalangan oqsillar (masalan, repressorlar) mening mRNKlarim sekinroq tarjima qilish uchun bashorat qilingan.
  • Shuni bilish kerakki, turli organizmlarda kodondan foydalanishga ta'sir etuvchi boshqa omillar ham bor va ular kodon-antikodon o'zaro ta'sirining ta'sirini bekor qilishi mumkin.

Kengaytirilgan genetik kod

An kengaytirilgan genetik kod Bu sun'iy ravishda o'zgartirilgan genetik kod bo'lib, unda 22 ta tabiiy kodlangan proteinogen aminokislotalarga kirmaydigan aminokislotani kodlash uchun bir yoki bir nechta o'ziga xos kodonlar qayta ajratilgan. [1]

Genetik kodni kengaytirishning asosiy shartlari:

  • kodlash uchun nostandart aminokislotalar,
  • qabul qilinmagan kodon,
  • bu kodonni tan oluvchi tRNK va
  • faqat tRNKni va faqat nostandart aminokislotani tan oladigan tRNA sintetazasi.

Genetik kodni kengaytirish - bu sintetik biologiyaning tadqiqot sohasi, amaliy biologik fan, uning maqsadi tirik tizimlarni foydali maqsadlar uchun ishlab chiqishdir. Genetik kodning kengayishi fan uchun mavjud bo'lgan foydali vositalarning repertuarini boyitadi.

2019 yil may oyida, tadqiqotchilar, muhim bosqichda, hayotning yangi sintetik (ehtimol sun'iy) shakli, bakteriyalarning varianti yaratilgani haqida xabar berishdi. Escherichia coli, bakterial genomdagi 64 ta kodonning tabiiy sonini 61 kodongacha kamaytirish orqali (serin uchun kodlovchi oltita kodondan ikkitasini va uchta to'xtash kodonidan bittasini yo'q qilish) - ulardan 59 tasi 20 ta aminokislotalarni kodlash uchun ishlatilgan. [2] [3]


Protein sintezi mexanizmi

MRNK sintezi singari, oqsil sintezini uch bosqichga bo'lish mumkin: boshlash, cho'zish va tugatish. Tarjima jarayoni bakteriyalar, arxa va eukaryotlarda ham xuddi shunday.

Tarjima tashabbusi

Umuman olganda, oqsil sintezi boshlanish kompleksining shakllanishidan boshlanadi. Kichik ribosomal bo'linma mRNK bilan bog'lanadi ribosomalar bilan bog'lanish joyi. Ko'p o'tmay, metionin-tRNK AUG boshlang'ich kodoniga bog'lanadi (antikodon bilan bir-birini to'ldiruvchi orqali). Keyinchalik bu kompleksga katta ribosoma bo'linmasi qo'shiladi. Bu boshlanish kompleksi ikkinchi tRNKni oladi va shu tariqa tarjima boshlanadi.

Tarjima tRNK antikodoni mRNK kodonini taniganida boshlanadi. Katta ribosomal bo'linma kichik bo'linishga qo'shiladi va ikkinchi tRNK jalb qilinadi. MRNK ribosomaga nisbatan harakat qilganda, polipeptid zanjiri hosil bo'ladi. A saytiga chiqarish omilining kiritilishi tarjimani to'xtatadi va komponentlar ajralib chiqadi.

Bakterial va eukaryotik boshlanish

Protein sintezi AUG (met) kodonidan boshlanadi, lekin oqsillar ko'p metioninlarga ega bo'lishi mumkin, va mRNKlar ko'p AUGlarga ega bo'lishi mumkin. Ribosoma qaerdan boshlanishini qanday biladi?

Prokayrotik mRNKda birinchi AUG kodonining yuqorisida ketma -ketlik deyiladi Shine-Dalgarno ketma-ketligi (AGGAGG), bakterial va arxal ribosomalarning kichik bo'linmasida rRNK molekulasiga ega bo'lgan juft juftlar. Bu o'zaro ta'sir 30R ribosomal bo'linmasini mRNA shablonidagi aniq joyga bog'lab qo'yadi. Siz ilgari duch kelgan mexanizmning takrorlanishini qadrlash uchun bir zum to'xtab turing. Bunday holda, oqsil kompleksini nuklein kislotali polimer bilan bog'lanish uchun - to'g'ri to'ldiruvchi nukleotidlarning ikkita antiparallel ipini bir -biriga moslashtirish orqali amalga oshiriladi. Bu RNK polimeraza kompleksining promouterni tan olishidan tubdan farq qiladi, buning uchun a oqsil, nuklein kislotasi emas, balki o'ziga xosdir er -xotin torli DNK ketma -ketligi. Biroq, biz telomeraza muhokama qilinishidan oldin, bitta zanjirli DNK ketma-ketligi bilan oqsil/RNK kompleksining bazaviy juftlashuvi orqali hizalanishini ko'rdik.

Shine-Dalgarno ketma-ketligi bilan bog'lanish o'rniga, eukaryotik boshlanish kompleksi (kichik bo'linmadan tashqari bir qator oqsillar) mRNKning 5 'uchida 7-metilguanozin qopqog'ini taniydi. Qopqoqqa tushganda, boshlash kompleksi mRNK bo'ylab 5 dan 3 gacha yo'nalishda AUG boshlanish kodonini qidiradi. Ko'pgina eukaryotik mRNKlar birinchi AUGdan tarjima qilinadi, lekin bu har doim ham shunday emas. AUG atrofidagi nukleotidlar uning boshlang'ich kodon sifatida tanlanish ehtimoliga ta'sir qiladi va turlar o'rtasida konsensus ketma -ketligi o'zgaradi. Boshlang'ich kompleksining & quothelper & quot oqsillari katta bo'linma yuklanganidan keyin tushadi.

E'tibor bering, har ikkala holatda ham AUGni tanlash butun oqsil uchun o'qish doirasini o'rnatadi (mumkin bo'lgan 3dan biri). Saytni tanlashning bu usullaridan juda muhim farqi shundaki, bitta prokaryotik transkript potentsial ravishda bir nechta ketma-ket oqsillarni kodlay oladi, chunki ribosoma xabarning butun uzunligini Shine-Dagarno ketma-ketligi uchun skanerlashi mumkin. Ko'pincha bitta jarayonda ishtirok etadigan bir nechta oqsillar (xolofermaning bo'linmalari yoki metabolik yo'lning ketma -ket bosqichlari) bitta xabarga kodlangan. Bundan farqli o'laroq, eukaryotik yadro genlarida har bir transkript faqat bitta proteinni kodlaydi (har doimgidek istisnolar mavjud).

Tarjimaning uzayishi

Tarjimaning cho'zilishi paytida mRNK shabloni o'ziga xoslikni beradi. Ribosoma mRNK bo'ylab harakat qilganda, har bir mRNK kodoni "ko'rinishga" kiradi va tegishli zaryadlangan tRNK antikodoni bilan o'ziga xos bog'lanish ta'minlanadi. Agar mRNK cho'zilish majmuasida bo'lmaganida, ribosoma tRNKlarni o'ziga xos tarzda bog'lab qo'yardi. Yana bir bor eslatib o'tamizki, molekulyar mashinamizni ro'yxatga olish va ushlab turish uchun nukleotidlar va aminokislotalar tili o'rtasida & quot; tarjima & quot; ishini bajarish uchun bir -birini to'ldiruvchi nukleotidlarning ikkita antiparallel qatorlari o'rtasida juftlashuvdan foydalaniladi.

Katta ribosomal bo'linma uchta bo'linmadan iborat: A maydoni kiruvchi zaryadlangan tRNKlarni (biriktirilgan o'ziga xos aminokislotalar bilan tRNKlarni) bog'laydi, P maydoni o'sayotgan polipeptid zanjiri bilan bog'langan, lekin hali ajralmagan aminokislotalarni tashuvchi zaryadlangan tRNKlarni bog'laydi. ularga mos keladigan tRNK va dissotsilangan tRNKlarni chiqaradigan E joyi, shuning uchun ularni boshqa erkin aminokislotalar bilan to'ldirish mumkin.

Uzayish zaryadlangan tRNKlar A saytiga kirib, keyin P saytiga, so'ngra E saytiga o'tib, ribosomaning har bir kodonli ldquostep va rdquo bilan davom etadi. Biz bu jarayonni bu erda tasvirlab beramiz, lekin biz sizga ushbu jarayonning ko'plab jonlantirilgan versiyalarini, xususan, real bo'lmagan darajada sekin bo'lganini ko'rishni tavsiya qilamiz. Ribozomal qadamlar konfiguratsion o'zgarishlar natijasida hosil bo'ladi, ular ribosomani 3 'yo'nalishda uchta asosda oldinga siljitadi. Ribosomaning har bir bosqichi uchun energiya GTPni gidrolizlaydigan cho'zilish omili orqali beriladi. A-sayt tRNK bilan biriktirilgan aminokislotaning amino guruhi va P-sayt tRNKga biriktirilgan amino kislotaning karboksil guruhi o'rtasida peptid aloqalari hosil bo'ladi. Har bir peptid bog'lanishining hosil bo'lishi katalizlanadi peptidil transferaza, 50S ribosomal bo'linmasiga birlashtirilgan katalitik RNK (ajablanarli emas, oqsil emas). Har bir peptid bog'lanishining energiyasi GTP gidrolizidan olinadi, bu alohida cho'zilish omili bilan katalizlanadi. P-sayt tRNK bilan bog'langan aminokislota o'sayotgan polipeptid zanjiri bilan bog'langan. Ribosoma mRNK bo'ylab o'tayotganda, oldingi P-saytli tRNK E maydoniga kiradi, aminokislotadan ajralib chiqadi va chiqariladi (keyinchalik tRNK sintetazasi bilan zaryadlanadi). Ribosoma bir vaqtning o'zida bitta kodon bo'lgan mRNK bo'ylab harakatlanib, uchta uchastkada sodir bo'ladigan har bir jarayonni katalizlaydi. Har bir qadamda zaryadlangan tRNK kompleksga kiradi, polipeptid bitta aminokislotaga uzunroq bo'ladi va zaryadsiz tRNK ajralib chiqadi. Bu jarayon hujayrada hayratlanarli darajada tez sodir bo'ladi E. coli Har bir aminokislotani qo'shish uchun tarjima apparati atigi 0,05 soniyani oladi, ya'ni 200 ta aminokislotali polipeptidni atigi 10 soniyada tarjima qilish mumkin. Bu, ayniqsa, hayratlanarli, chunki zaryadlangan tRNK tasodifan A saytiga tarqalishi kerak va ribosoma to'g'ri tRNK kelishini kutishi kerak!

Bu tezlik (ehtimol bolalarcha) savolni tug'diradi: poygada kim g'olib bo'ladi: RNK polimeraza yoki ribosoma? Javob shundaki, ikkala mashina ham taxminan bir xil tezlikda harakat qiladi: taxminan 60 nt/sek.

Ko'p antibiotiklar bakterial oqsil sintezini inhibe qiladi. Masalan, tetratsiklin bakterial ribosomadagi A joyini, xloramfenikol esa peptidil o'tkazilishini bloklaydi. Bu antibiotiklarning har biri oqsil sinteziga qanday aniq ta'sir ko'rsatadi deb o'ylaysiz?

Genetik kod

Biz bilganlarimizni umumlashtirish uchun, uyali transkripsiya jarayonida A, C, G va uratsil (U) alifbosi bo'lgan bir yoki bir nechta genlarning mobil molekulyar nusxasi bo'lgan xabarchi RNK (mRNK) hosil bo'ladi. MRNA shablonining tarjimasi nukleotidlarga asoslangan genetik ma'lumotni oqsil mahsulotiga aylantiradi. Proteinlar ketma -ketligi 20 ta tez -tez uchraydigan aminokislotalardan iborat, shuning uchun oqsil alifbosi 20 ta harfdan iborat deb aytish mumkin. Har bir aminokislota uch nukleotid ketma-ketligi bilan belgilanadi kodon. Nukleotid kodon va unga mos keladigan aminokislotaning o'zaro bog'liqligi deyiladi genetik kod. MRNK va oqsil va ldquoalifabetlarda turli xil & ldquoletters va rdquo sonlarini hisobga olgan holda, & rdquo jami 64 (4 marta 4 va 4 marta) mumkin bo'lgan kodonlar mavjudligini bildiradi, shuning uchun berilgan amino kislotalar (jami 20) bir nechta kodon bilan kodlanishi kerak. .

64 kodonning uchtasi oqsil sintezini to'xtatadi va polipeptidni tarjima mashinasidan chiqaradi. Bu uchlik chaqiriladi kodonlarni to'xtatish. Boshqa kodon AUG ham maxsus funktsiyaga ega. Metionin aminokislotasini belgilashdan tashqari, u ham xuddi shunday vazifani bajaradi kodonni ishga tushiring tarjimani boshlash. Tarjima uchun o'qish doirasi mRNKning 5 'uchiga yaqin AUG boshlang'ich kodoni bilan o'rnatiladi. Genetik kod universaldir. Bir nechta istisnolardan tashqari, deyarli barcha turlar oqsil sintezi uchun bir xil genetik koddan foydalanadilar, bu er yuzidagi barcha hayotning umumiy kelib chiqishi borligiga kuchli dalil.

Bu rasmda mRNKdagi har bir nukleotid uchlik yoki kodonni aminokislotaga aylantirish yoki paydo bo'lgan oqsildagi tugatish signalining genetik kodi ko'rsatilgan. (kredit: NIH ishini o'zgartirish)

Ortiqcha, noaniq emas

Genetik koddagi ma'lumotlar ortiqcha. Xuddi shu aminokislotani bir nechta kodon kodlaydi. Masalan, yuqoridagi jadvaldan foydalanib, siz Valine kodini yozadigan 4 xil kodonni topishingiz mumkin, xuddi shunday, Leytsin va boshqalarni kodlaydigan ikkita kodon bor. Lekin kod noaniq emas, ya'ni sizga kodon berilsa, sizga qaysi aminokislotani kodlashini aniq biling, kodon faqat ma'lum bir aminokislotani kodlaydi. Masalan, GUU har doim Valine kodini, AUG esa har doim Metionin kodini yozadi.

Tarjimani tugatish

Tarjimaning to'xtatilishi to'xtash kodoniga (UAA, UAG yoki UGA) duch kelganida sodir bo'ladi. Ribosoma to'xtash kodoniga duch kelganida, A saytiga tRNK kirmaydi. Buning o'rniga protein "a" deb nomlanadi chiqarish omili kompleks bilan bog'lanadi. Bu o'zaro ta'sir tarjima mexanizmini beqarorlashtiradi, bu polipeptidning chiqarilishiga va mRNKdan ribosoma bo'linmalarining ajralishiga olib keladi. Ko'pgina ribosomalar tarjimasini tugatgandan so'ng, mRNK parchalanadi, shuning uchun nukleotidlarni boshqa transkripsiya reaktsiyasida qayta ishlatish mumkin.

Bir mRNKni bir necha marta tarjima qilishning afzalliklari va kamchiliklari qanday?

Transkripsiya va tarjima o'rtasidagi bog'liqlik

Yuqorida aytib o'tilganidek, bakteriyalar va arxalar RNK transkriptlarini membrana bilan o'ralgan yadro va sitoplazma o'rtasida tashishga hojat yo'q. Shuning uchun ularning RNK -polimerazalari RNKni to'g'ridan -to'g'ri sitoplazma ichiga transkripsiya qiladi. Bu erda ribosomalar RNK bilan bog'lanib, tarjima jarayonini boshlashi mumkin, ba'zi hollarda transkiption hali ham sodir bo'ladi. Bu ikkita jarayonning birlashishi va hatto mRNKning parchalanishi nafaqat transkripsiya va tarjima bitta bo'linmada sodir bo'lgani uchun, balki jarayonlarning ikkalasi uchun ham osonlashadi. xuddi shu yo'nalishda sodir bo'ladi - RNK transkripti 5 'dan 3' gacha va transkript 5 'dan 3' gacha tarjima qilinadi. Transkripsiya bilan bu & quot; birlashma & quot; bakteriyalarda ham, arxeyalarda ham uchraydi va ba'zi hollarda to'g'ri gen ifodasi uchun zarurdir.

Bir nechta polimerazalar bitta bakterial genni transkripsiyalashi mumkin, ko'p ribosomalar bir vaqtning o'zida mRNK transkriptlarini polipeptidlarga aylantiradi. Shunday qilib, ma'lum bir protein bir necha daqiqada tezda bakterial hujayrada yuqori konsentratsiyaga erishishi mumkin.

Proteinlarni lokalizatsiya qilish (tezkor kirish)

Protein sintezi Design Challenge kontekstida biz oqsillar qayerga borishi kerakligi haqidagi savol/muammoni ham ko'tarishimiz mumkin. Biz bilamizki, ba'zi oqsillar plazma membranasi uchun mo'ljallangan, boshqalari eukaryotik hujayralarda turli organellalarga yo'naltirilishi kerak, ba'zi oqsillar, masalan, gormonlar yoki oziqlantiruvchi oqsillar, hujayralar tomonidan, boshqalari esa qismlarga yo'naltirilishi kerak. sitozol tarkibiy rollarni bajaradi. Bu qanday sodir bo'ladi?

Har xil mexanizmlar ochilganligi sababli, bu jarayonning tafsilotlari bir -ikki paragrafda osonlikcha umumlashtirilmaydi. Biroq, barcha mexanizmlarning ba'zi asosiy umumiy elementlarini aytib o'tish mumkin. Birinchidan, qiziqish oqsilining qayerga yo'naltirilganligi haqida ba'zi molekulyar ma'lumotlarni beradigan aniq & quot; tagiga ehtiyoj bor. Bu belgi, odatda, oqsil qayerda tugashi kerakligi haqidagi ma'lumotlarni kodlashi mumkin bo'lgan signal peptidi - aminokislotalarning qisqa qatorini oladi. Proteinlarni ajratish mashinasining ikkinchi zarur komponenti oqsillarni o'qish va saralash tizimi bo'lishi kerak. Bakterial va arxaeal tizimlarda bu odatda tarjima paytida signal peptidini aniqlaydigan, unga bog'laydigan va yangi paydo bo'ladigan oqsil sintezini plazma membranasiga yo'naltiradigan oqsillardan iborat. Eukaryotik tizimlarda lokalizatsiya zarurat tug'ilganda murakkabroq bo'ladi. U keng tarqalgan bo'lib endomembran tizimi va vesikulalar vositachiligidagi transportni talab qiladigan jarayonlarga va faqat diffuziyaga tayanadigan lokalizatsiya tizimlariga bo'linishi mumkin. Ikkala tizim ham oqsilda kodlangan turli signal peptidlarini tan olishga tayanadi. Endomembranaga asoslangan lokalizatsiya paytida bu signallar oqsilning N-terminali (boshlanishi) ga juda yaqin bo'ladi, chunki ular yangi paydo bo'ladigan oqsil ostida sintezni blokirovka qiladi va ribosoma endoplazmatik retikulumda biriktiruvchi oqsillarga duch keladi. Ba'zi hollarda, signal peptidi oqsil belgilangan joyga kelganda bo'linadi.

Ushbu maxsus mexanizmlarning ba'zilari sizning o'qituvchingiz tomonidan sinfda muhokama qilinishi mumkin va batafsil ma'lumotni & quot; Protein translokioni & quot; Bu erda bu mavzu eslatib o'tilgan, chunki u ba'zida tarjimaga qo'shiladi (yuqorida aytib o'tilganidek).

Protein-translyatsion modifikatsiya

Tarjimadan so'ng individual aminokislotalar kimyoviy jihatdan o'zgartirilishi mumkin. Ushbu modifikatsiyalar genetik kodlangan aminokislotalarda bo'lmagan kimyoviy o'zgarishlarni va qo'shilayotgan funktsional guruhlar kimyosiga asoslangan yangi xususiyatlarni qo'shadi. Umumiy modifikatsiyaga fosfat guruhlari, metil, asetat va amid guruhlari kiradi. Odatda membranalarga mo'ljallangan ba'zi oqsillar lipidlanadi - lipid qo'shiladi. Boshqa oqsillar glikozillangan bo'ladi - shakar qo'shiladi. Tarjimadan keyingi yana bir keng tarqalgan modifikatsiya-bu oqsilning bo'laklarini ajratish yoki bog'lash. Signal-peptidlar bo'linishi, oqsilning o'rtasidan qismlari chiqarilishi yoki sistein yoki boshqa aminokislotalarning yon zanjirlari o'rtasida yangi kovalent bog'lanishlar o'rnatilishi mumkin. Deyarli barcha modifikatsiyalar fermentlar tomonidan katalizlanadi va oqsilning funktsional xatti -harakatlarini o'zgartiradi.

Bo'lim haqida qisqacha ma'lumot

mRNK oqsillarni tarjima qilish jarayonida sintez qilish uchun ishlatiladi. Genetik kod-bu uch nukleotidli mRNK kodoni va aminokislotaning yozishmasi. Genetik kod tRNK molekulalari tomonidan aniqlanadi va ma'lum bir kodonni o'ziga xos aminokislotalar bilan bog'laydi. Genetik kod degeneratsiyalangan, chunki mRNKdagi 64 ta triplet kodon faqat 20 ta aminokislotani va uchta to'xtash kodonini ko'rsatadi. Bu shuni anglatadiki, bir nechta kodon aminokislotaga to'g'ri keladi. Sayyoradagi deyarli har bir tur bir xil genetik kodni ishlatadi, "noaniq kodlar" bir -biridan tubdan farq qilmaydi, lekin bir yoki ikkita kodonning ma'nosini o'zgartiradi. Ta'sirchan istisnolar odatdagi 20 emas, 21 yoki 22 aminokislotalarni kodlaydigan turlardir.

Tarjimadagi o'yinchilar tarkibiga mRNK shabloni, ribosomalar, tRNKlar va turli fermentativ omillar kiradi. Kichik ribosomal bo'linma mRNA shabloniga bog'lanadi. Tarjima mRNAda AUG boshlanishidan boshlanadi (bu o'qish doirasini ham o'rnatadi). Bog'lanish genetik kod bo'yicha mRNK shabloni tomonidan belgilangan ketma -ket aminokislotalar o'rtasida sodir bo'ladi. Ribosoma zaryadlangan tRNKlarni qabul qiladi va mRNK bo'ylab yurar ekan, yangi aminokislotalar va o'sayotgan polipeptidning oxiri orasidagi bog'lanishni katalizlaydi. Barcha mRNK uch nukleotid va ldquosteps va ribosomaning rdquo tiliga tarjima qilingan. To'xtash kodoniga duch kelganda, ajratuvchi omil komponentlarni bog'laydi va ajratadi va yangi oqsilni bo'shatadi.


NATIJALAR VA MUHOKAMA

NCAA -ni oqsillarga qo'shish uchun sezgi kodonlarining ma'nosini qayta belgilashga bo'lgan umumiy qiziqish. in vivo, biz yaqinda kodonni qayta tayinlash salohiyatini baholash uchun ekran haqida xabar berdik M. jannaschii tirozil tRNA/aaRS ortogonal juftligi (35). Ekran yashil lyuminestsent oqsilda (GFP) faol sayt tiroziniga bo'lgan mutlaq talabdan foydalanadi. Ekran, genetik kodda odatda boshqa ma'no berilgan sezon kodoniga javoban, 66 -pozitsiyada tirozin qo'shilishi bilan GFP floresansining tiklanishini kuzatadi (2 -rasm). 66 -pozitsiyadagi sezgi kodon o'qilganda M. jannaschii tirozin bilan zaryadlangan tRNA Opt, tirozin qo'shiladi va hosil bo'lgan oqsil floresan bo'ladi. Hissiy kodon endogen tomonidan dekodlanganda E. coli tRNK, boshqa kanonik aminokislotalar kiritiladi va hosil bo'lgan oqsil floresan emas. Ekranda ortogonalning umumiy o'lchovini ta'minlab, sezon kodonining qayta tayinlanishining miqdoriy o'lchami ta'minlanadi. M. jannaschii tirozil aaRS taniydi va aminatsilatlaydi M. jannaschii muqobil antikodonli tRNK va o'zgartirilgan ortogonal tRNK bilan raqobatlashish darajasi E. coli GFPning muhim tirozin holatini ko'rsatuvchi kodonni dekodlash uchun tRNK turlari.

Kodonning qayta tayinlanishini baholash uchun ishlatiladigan lyuminestsentli ekran tasviri.


Muallif haqida qisqacha ma'lumot

Genetik kodning degeneratsiyasi shuni anglatadiki, ko'pgina aminokislotalar bitta emas, balki bir qator kodonlar bilan kodlangan. Ma'lumki, bakteriyalar va xamirturushlarda ishlatiladigan kodonlarni tanlash gen funktsiyasiga foydali (yoki zararli) bo'lishi mumkin. Odamlar nisbatan kam samarali populyatsiyaga ega bo'lganligi va mutatsiyalarni engil zararli ta'sirlardan tozalash uchun tanlash samaradorligi kamaygani sari kamayib borayotganligi sababli, kodonlarning foydasi/qiymati etarlicha katta emasligi taxmin qilingan. tanlov. Bu erda biz ko'rsatamizki, eng kam tRNK miqdori bo'lgan kodonlar kutilganidan ko'ra tez -tez genlar ketma -ketligida to'plangan. Bu klasterlarni o'z ichiga olgan genlar gen ekspresiyasida o'ziga xos funktsiyalarni bajarishi aniqlandi. Ma'lum bo'lgan bakterial va xamirturushli jarayonlarni taqqoslash inson genlaridagi oqsillar ekspressiyasini tartibga solish mexanizmini ko'rsatadi. Shunday qilib, bizning tadqiqotimiz inson genlarida yangi tartibga solish mexanizmining mavjudligini ko'rsatadi.

Iqtibos: Parmley JL, Huynen MA (2009) Inson genlaridagi kamdan -kam uchraydigan tRNKli kodonlarning klasterlanishi ifoda qoidalarining qo'shimcha darajasini taklif qiladi. PLoS Genet 5 (7): e1000548. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1000548

Muharrir: Dmitriy A. Petrov, Stenford universiteti, Amerika Qo'shma Shtatlari

Qabul qildi: 2008 yil 3 dekabr Qabul qilingan: 2009 yil 3 -iyun Chop etilgan: 2009 yil 3 -iyul

Mualliflik huquqi: © 2009 Parmley, Huynen. Bu ochiq mualliflik maqolasi, Creative Commons Attribution litsenziyasi shartlari asosida tarqatilgan bo'lib, u asl muallif va manbani hisobga olgan holda, har qanday muhitda cheksiz foydalanish, tarqatish va ko'paytirishga ruxsat beradi.

Moliyalashtirish: Bu ish Niderlandiya Genomika Tashabbusi (NGI) tomonidan qo'llab -quvvatlanadigan Niderlandiya Bioinformatika Markazining (NBIC) BioRange dasturining bir qismidir. Moliyalashtiruvchilar o'quv dizaynida, ma'lumotlarni yig'ish va tahlil qilishda, nashr etish to'g'risida qaror qabul qilishda yoki qo'lyozmani tayyorlashda hech qanday rol o'ynamadilar.

Raqobat manfaatlari: Mualliflar hech qanday raqobatbardosh manfaatlar yo'qligini e'lon qilishdi.


Xulosa

Bizning topilmalarimiz NSUN2 ning m 5 C epitranskriptomik markasining transkriptomli yirik yozuvchi fermenti sifatida asosiy rolini ta'kidlaydi. Biz mRNK sitozin metilatsiyasi va mRNK tarjimasining funktsional o'zaro bog'liqligi to'g'risida ishonchli dalillarni keltiramiz, bu shuni ko'rsatadiki, m 5 C odatda mRNKlarning translyatsion nazoratida salbiy rol o'ynashi mumkin. Biroq, m 5 C va mRNK tarjimasi o'rtasidagi aniq sababiy bog'liqliklarni ko'rsatish va mexanik tavsiflash prototipik misollarni chuqur o'rganishni talab qiladi.


Genetik kodning degeneratsiyasi

Crick ’ ishi ham genetik kod ekanligini taxmin qildi buzilgan. Bu ibora axloqiy ayblov emas. Bu shuni anglatadiki, 64 uchliklarning har biri kodda qandaydir ma'noga ega bo'lishi kerak, shuning uchun hech bo'lmaganda ba'zi aminokislotalar ikki yoki undan ortiq turli uchlik tomonidan ko'rsatilishi kerak. Agar atigi 20 ta uchlik ishlatilsa (qolgan 44 tasi bema'nilik, chunki ular hech qanday aminokislotani kodlamaydi), u holda ko'pchilik freym mutatsiyalari bema'nilik so'zlarni keltirib chiqarishi kutilmoqda, bu esa, ehtimol, oqsil hosil qilish jarayonini to'xtatadi. Agar shunday bo'lganida, kadrlar almashinuvi mutatsiyalarini bostirish kamdan -kam hollarda, albatta, ish beradi. Ammo, agar hamma uchlamchi aminokislotani ko'rsatgan bo'lsa, unda o'zgartirilgan so'zlar oqsilga noto'g'ri aminokislotalar kiritilishiga olib keladi. Shunday qilib, Krik ko'p yoki barcha aminokislotalarning asosiy juftlik kodida bir necha xil nomlarga ega bo'lishi kerak, degan gipoteza keyinchalik biokimyoviy tarzda tasdiqlandi.

XABAR

Hozirgi munozaralar shuni ko'rsatadiki

Uchta asos aminokislotani kodlaydi. Bu uchliklarga kodonlar deyiladi.

Kod belgilangan boshlang'ich nuqtadan o'qiladi va kodlash ketma -ketligining oxirigacha davom etadi. Biz buni bilamiz, chunki kodlash ketma -ketligining istalgan joyida bitta kadr siljish mutatsiyasi ketma -ketlikning kodon hizalanishini o'zgartiradi.

Kod degenerativdir, chunki ba'zi aminokislotalar bir nechta kodon bilan belgilanadi.


Xulosa

Biz kuzatamizki, GFPdagi sakkizta kodonning sinonimli mutatsiyasi oqsillarning o'rtacha miqdorini besh baravarga o'zgartirgan (4-rasm), oqsil shovqinida deyarli hech qanday o'zgarish yo'q. Variantlarning ozgina o'zgarishi bilan oqsillar sonining keskin o'zgarishi shuni ko'rsatadiki, biotexnologiyada gen ekspresiyasi darajasini nazorat qilish uchun kod ekspluatatsiyasi gen ekspresiyasi shovqiniga bog'liq bo'lmasdan amalga oshirilishi mumkin [46].

Bizning "Sort-seq" uslubi gen ekspresyoni o'zgaruvchanligini o'lchashning yuqori o'tkazuvchanlik strategiyasini ifodalaydi. O'zgaruvchanlikni o'lchashda yuqori aniqlikka erishish uchun asosiy parametr - bu hujayralarni taqsimot o'lchamlarini ko'paytirish uchun etarlicha katta hajmli qutilarga ajratish. Bu usul potentsial ravishda boshqa kutubxonalarga, masalan, har xil targ'ibotchilar yoki RBS kutubxonalariga va hujayralar o'zgaruvchanligini boshqaruvchi genetik mexanizmlarni yorituvchi boshqa organizmlarga ham qo'llanilishi mumkin.


Qushlar tRNA samaradorligini yangi cho'qqilarga olib chiqadi

Umurtqali hayvonlar genomlarining tRNK repertuarlari translyatsiya samaradorligi, genom funksionalligi va yangi tRNK nusxalarining paydo bo'lishi o'rtasidagi muvozanatni aks ettiradi. Muallif: Claudia Kutter

Qushlar ko'p jihatdan evolyutsiya natijasida shakllangan, bu ularni umurtqali qarindoshlaridan farq qilgan. Millionlab yillar evolyutsiyasi davomida bizning tukli do'stlarimiz skeletlari, mushaklari, nafas olish va hatto reproduktiv tizimlarida noyob o'zgarishlar bilan birga osmonga ko'tarilishdi. So'nggi genomik tahlillar qushlar naslining yana bir o'ziga xos tomonini aniqladi: soddalashtirilgan genomlar. Qushlarning genomlari boshqa umurtqali hayvonlar bilan bir xil miqdordagi oqsillarni kodlovchi genlarni o'z ichiga olsa-da, ularning genomlari kichikroq, kam kodlanmagan DNKni o'z ichiga oladi. Olimlar haligacha qushlar biologiyasida bu genom kamayishining potentsial oqibatlarini o'rganmoqdalar. Yangi maqolada Genom biologiyasi va evolyutsiyasi Klavdiya Kutter va uning hamkasblari "Genom hajmini qisqartirish va transposon faolligi qushlarda translyatsion barqarorlikni ta'minlab, tRNK genlarining xilma-xilligiga ta'sir qiladi" deb nomlangan. Boshqa umurtqali hayvonlar bilan bir xil tRNKdan foydalanish tartibi. TRNaAlar xabarchi RNK (mRNK) ni oqsilga aylantiradigan uyali mashinaning asosiy qismi bo'lgani uchun, bu qushlar cheklangan tRNK repertuaridan yanada samarali foydalanish uchun evolyutsiya qilinganligini ko'rsatadi.

Proteinlarning samarali tarjimasini ta'minlash uchun tRNKlarning muvozanatli hovuzini saqlashga kiruvchi ko'plab omillar mavjud. Nazariy jihatdan 64 ta mumkin bo'lgan antikodonlar mavjud-tarjima paytida mRNK kodonlari bilan bog'langan uchta nukleotid ketma-ketligi-atigi 20 ta standart aminokislotalar mavjud, ya'ni odatda bir xil aminokislotaga bog'langan har xil antikodonli tRNKlar mavjud. izotseptorlar oilasi. Bundan tashqari, kodon va antikodonning uchinchi holatidagi nukleotidlar orasidagi bog'lanish geometriyasi bir xil tRNK antikodonining bir nechta kodonlarga bog'lanishini ta'minlab, "chayqalish" asosini juftlashtirishga imkon beradi. tRNK genlari, hatto bitta izoatseptorlar oilasida ham, ketma -ketligi, transkripsiya tezligi va tarjima samaradorligi bilan farq qilishi mumkin. Bu omillarning barchasi tufayli, hujayrada samarali tarjima qilish uchun turli darajadagi tRNK molekulalarining etarli darajada bo'lishini ta'minlash murakkab biologik muammodir.

Umurtqali hayvonlarda bu muammoning turli yo'llar bilan hal qilinishini o'rganish uchun, Kutter va uning hammualliflari Karolinska instituti va Shvetsiyaning Uppsala universiteti, shu jumladan postdok Jente Ottenburglar, aspirant Keyi Geng va Uppsala universiteti dotsenti Aleksandr Sux. umurtqali hayvonlarda tRNK xilma -xilligi va evolyutsiyasi haqida birinchi umumiy ma'lumot. (Ottenburglar o'z tadqiqotlari haqida, shu jumladan, bu hamkorlik qanday hayratlanarli tarzda, o'z qush gibridlari blogida yozgan.) Sutemizuvchilardan topilgan ma'lumotlarga asoslanib, mualliflar 500 tRNK genlarining bir xil to'plamini ekstrapolyatsiya qilishgan. nasl -nasab bo'yicha nisbatan izchil. Ammo, ular o'z tadqiqotlariga 55 ta qush genomini qo'shib, barcha asosiy qushlarni ko'rsatganlarida, ular kutilmagan topilmalarni uchratishdi: "Ajablanarlisi shundaki, umurtqali hayvonlar o'rtasida biz kutganimizdan ko'ra ko'proq farq bor edi", deydi Kutter. Xususan, qushlarning genomlari o'rtacha 169 tRNK genini o'z ichiga olgan, sudralib yuruvchilarda 466, sut emizuvchilarda 579, baliqlarda 813 va amfibiyalarda 1222. Kutterning so'zlariga ko'ra, "davom etayotgan genom yig'ilishlari qushlarning genomlari kichikroq genomga ega ekanligini ko'rsatgan bo'lsa -da, bu tRNK genlariga ham ta'sir qiladi, deb kutmagan edik, chunki tRNK genining ko'payishi mRNKni samarali tarjima qilish uchun etarli tRNK molekulalarini transkripsiyasini ta'minlaydi".

Bu mualliflarni yangi savolga olib keldi: tRNKlardagi bu qisqarish qushlar tarjimasi uchun nimani anglatadi? Boshqa umurtqali hayvonlar bilan solishtirganda, tRNK genlarining soni va murakkabligi sezilarli darajada kamaygan bo'lsa -da, mualliflar ba'zi izoaktseptor oilalar uchun afzalliklar boshqa eukaryotik genomlarda kuzatiladigan chayqalish juftlashish strategiyasiga mos kelishini aniqladilar, bu shuni ko'rsatadiki, qushlarda tRNK genidan foydalanish umumiy holatga mos keladi. umurtqali hayvonlarda uchraydigan kodon. Bu tadqiqotchilarni boshqa umurtqali hayvonlarda uchraydigan tRNKlarning funktsional cheklovlari qushlarning evolyutsiyasi davomida saqlanib qolgan, degan xulosaga keldi: "Millionlab yillar oldin [tRNKda] bu pasayishiga qaramay, tRNK antikodonlari va mRNK kodonlari qushlarning turlarida muvozanatlashgan. optimal tarjima samaradorligini ta'minlash uchun ".

Tadqiqotning yana bir hayratlanarli elementi - transpozitsion elementlarning parranda genomlaridagi tRNK genlarining repertuariga ta'siri. Ba'zi qushlar genomlarida, funktsional tRNK genlarini topishdan tashqari, Ottenburg va boshqalar. o'tkaziladigan elementlarga joylashtirilgan yuzlab, ba'zan minglab tRNKga o'xshash ketma-ketlikni aniqladi. Ko'p transpozitsion elementlar epigenetik nazorat mexanizmlari tomonidan o'chirilsa va ishlamay qolsa, ba'zilari faol bo'lib qolishi va safarbarlik orqali yangi tartibga soluvchi rollarni yaratishi mumkin. Transpozitsiyali elementlarni ko'paytirish orqali, joylashtirilgan tRNKga o'xshash ketma-ketliklar yangi genomik joylarga ko'chirilishi mumkin, bu erda tanlov tRNK genlarining ketma-ketligini cheklaydi, shu bilan birga, transpozitsiyali elementlarning ketma-ketligi buzilishi mumkin. Bu jarayon ba'zi qushlar genomlarida mavjud bo'lgan tRNK genlari havzasini shakllantirishga yordam beradi va bu umurtqali hayvonlar naslidagi tRNK genining evolyutsiyasiga murakkablikning yana bir qatlamini qo'shadi.

Kutterning so'zlariga ko'ra, bu erda dars "biz genlarning funksionalligi haqidagi taxminlarimizni qayta ishlashga nisbatan qayta ko'rib chiqishimiz kerak". Bu g'oyani yanada chuqurroq o'rganish uchun Kutter bu ishni yanada yaxshi mexanik tushuncha va ko'proq funktsional genomik tadqiqotlar kiritish uchun kengaytirishni rejalashtirmoqda. "Ko'proq turlarni kiritish va novdalarga chuqurroq nazar tashlash, shuningdek, ilon genomlari va umurtqali hayvonlarning erta nurlanishini o'rganish aql bovar qilmas bo'lardi. Hozirgi model organizmlar doirasidan tashqarida tadqiqotlar olib borish, bundan ham kutilmagan natijalarni ochib berishi mumkin." Ushbu potentsial tadqiqotlarning bir cheklovi shundaki, ular yuqori sifatli genom birikmalari va manbalariga kirishni talab qiladi, masalan, rivojlanishning har xil vaqtidagi to'qimalar namunalari va turlar bo'yicha ishlaydigan antikorlar kabi mos reaktivlar. Kutter, bu sa'y -harakatlar uzoq muddatda o'z samarasini beradi, deb hisoblaydi: "Bizning ishimiz yana bir bor ko'rsatdi, evolyutsiya hali ham ko'p kutilmagan hodisalarga ega va biz bularni namunali organizmlardan tashqariga nazar tashlab ko'rishimiz mumkin".


Usullari

Bir necha turga mansub genomik DNK namunalari Parashtlar va uning singlisi jinsining bir vakili Harpaktokratlar, Dysderidae o'rgimchak oilasiga mansub ikkalasi ham oldingi tadqiqotlardan olingan [34], ya'ni P. riberai (Spain, Balearic Islands, Mallorca, Lluc code LB105), P. teruelis (Spain, Iberian Peninsula, Castilla-León, Guadalajara, Sigüenza code LB103), P. romandiolae (Italy, Toscana, Firenze, Vallombrosa code K352), P. limbarae (Italy, Sardinia, Sassari, Monte Limbara code K475), P. ignavus (France, Corsica, Region d’Ajaccio, Foce di Vizzabona code K479), and Harpactocrates apennicola (Italy, Toscana, Massa Carrara, Passo del Cerreto, code K350). Geographic coordinates, DNA extraction, and purification methods of the vouchers are detailed in the former study [34]. Sequences from 32 additional spider mitogenomes were downloaded from the NCBI Genome-Organelles database, as in November 2017.

Mitogenomes were amplified as two overlapping long PCR fragments using species-specific primers (Additional file 6: Table S2 Additional file 7: Figure S5) designed on short mitochondrial sequences obtained in a previous study [34]. Long PCR protocol followed the method described elsewhere [6] with specific annealing temperature for each primer set (52–64 °C). Primers were designed to amplify a long fragment of about 9 kb comprising the mitochondrial region between cox1 va rrnL (5′ to 3′), and a shorter one of about 5 kb comprising the remaining circular genome from 5′ rrnL to 3′ cox1. Polymerization of the shorter fragment was only successful if annealing temperature decreased from the optimal 68 °C to 62–60 °C probably due to high A + T richness of control region [7]. For some species, the amplification of PCR products was scarce or included secondary bands that would reduce the yield of direct sequencing. Therefore, the candidate band to be sequenced was excised from agarose gel to be re-amplified by PCR. Since UV light nicks DNA, which consequently inhibits DNA polymerization, particularly in long DNA fragments, agarose gel and DNA were stained with crystal violet. This method allows the direct observation and excision of DNA bands under regular light avoiding any DNA damage [66]. Once recovered, DNA was purified in silica columns (QIAquick PCR Purification Kit, QIAGEN, Hilden, Germany) and successfully re-amplified by increasing annealing temperature of two degrees.

The sequence of the mitogenome of the species Parachtes riberai was attained by following the strategy described elsewhere [7, 64]. Briefly, DNA fragments produced by long PCR amplification were digested by individual restriction enzymes (Alu I, Dra I, Rsa Men va Taq I), and then DNA fragments were pooled, purified and cloned. Finally, clones were sequenced using the Sanger protocol and mitochondrial regions with no coverage were extended by primer walking (available upon request) using initial long PCR fragments as template. The mitogenomes of the remaining five species were obtained by constructing libraries from long PCR fragments and subsequently pyrosequecing them using Roche FLX/454 with a unique tag for each species-specific library.

Mitogenomes were annotated in the new MITOS2 version of Mitoswebserver [67] available at http://mitos2.bioinf.uni-leipzig.de/index.py. Many tRNA genes were not identified by Infernal predictions as implemented in the MiTFi algorithm in MITOS2 or by tRNAscan-SE v1.3.1 [68] using the complete mitochondrial sequences as template. Hence, we used sequences between protein coding regions as template allowing an overlapping of 50 bp between genes and a low e-value of 100 for Infernal fast mode to detect tRNAs without arms and with several mismatches in the acceptor arm. The candidate tRNA sequences obtained from the six species using this approach were aligned and secondary structures compared in order to obtain a common optimal and conserved structure for each tRNA across the six species. If DHU or TΨC arms were not conserved across the six species then the secondary structure of an alternative arm-less tRNAs was obtained manually by finding the best complementary sequences forming the acceptor arm. The correct annotation of ribosomal genes rrnL va rrnS was corroborated by aligning the ribosomal sequences of the six species along with the sequences of the 12 spider mitogenomes available in MetAMiGA [52]. Secondary structure of ribosomal genes rrnL va rrnS from MITOS2 were inaccurate since motives from different domains were joined together. Therefore, short motifs of each domain were manually revised using both nucleotide alignments and previously known secondary structures as references. Secondary structures of short motifs were predicted in Mfold v3.6 [61] allowing suboptimal structures that were up to 20% above the estimated minimum free energy. Ribosomal structures were based on the models proposed for the branchipods Artemia salina Linnaeus, 1758 and Artemia franciscana Kellogg, 1906, the amphipods Metacrangonyx “bovei” [6], and the amphipod Pseudoniphargus sorbasiensis Notenboom, 1987 [5], the ascalaphid owlfly Libelloides macaronius Scopoli, 1763 [58], and the nematode Caenorhabditis elegans Maupas, 1900 [60]. Since the reconstruction of the secondary structure of rRNAs 16S and 12S was laborious, we only performed the accurate reconstruction in the species P. romandiolae. DNA sequences were aligned in MAFFT v7.273 [69]. Secondary structures were visualized and modified in VARNA v3.9 [70]. Ancestral gene orders at the inner nodes were estimated in the software TreeREx v.1.85 [71] using the strong consistency method and enforcing the tree topology including the main spider lineages (Fig. 1). The algorithm implemented in TreeREx allows to estimate the molecular mechanisms involved in the gene rearrangements such as transpositions and inversions. Polytomies were removed by trimming terminals since species involved shared identical gene orders. The sequences of Tetragnatha nitens Audouin, 1826 (Araneoidea, Tetragnathidae) and Agelena silvatica Oliger, 1983 (Agelenidae), and Carrhotus xanthogramma Latreille, 1819 (Dionycha, Salticidae) were not included in the analyses since they show complex gene rearrangement patterns. Finally, nucleotide and amino acid composition and codon usage profiles (RSCU) were estimated in MEGA v5.10 [72], and AT and GC skews with the formula ATskew = (A-T)/(A + T) and GCskew = (G-C)/(G + C), as proposed by [73].