Гипотеза засады
Гипотеза засады — это гипотеза в области молекулярной генетики что преобладание «скрытых» или внерамочных стоп-кодонов в ДНК избирательно сдерживает внерамочную трансляцию мРНК , которая предполагает , для экономии энергии, молекулярных ресурсов и снижения нагрузки на биосинтетические процессы. машины путем сокращения производства нефункциональных, потенциально цитотоксичных белковых продуктов. [ 1 ] В типичных кодирующих последовательностях ДНК отсутствуют внутренние стоп-кодоны в рамке, чтобы избежать преждевременного восстановления белковых продуктов, когда трансляция протекает нормально. [ 2 ] Гипотеза засады предполагает, что кинетические, цис -действующие механизмы ответственны за продуктивный сдвиг рамки трансляционных единиц, так что вырожденность генетического кода можно использовать для предотвращения вредной трансляции. Рибосомальное проскальзывание — это наиболее хорошо описанный механизм трансляционного сдвига рамки считывания, при котором рибосома перемещает одну позицию кодона вперед (+1) или назад (-1), чтобы транслировать последовательность мРНК в другую рамку считывания и, таким образом, производить разные белковые продукты. [ 3 ]
Что касается использования кодонов, гипотеза засады предполагает, что существует положительная корреляция между использованием кодона и количеством, которое кодон вносит в скрытые остановки. Филогенетический анализ как ядерных, так и митохондриальных геномов всех основных таксономических царств предполагает повсеместное существование стоп-кодонов вне рамки и положительную корреляцию между частотой использования кодона и количеством способов, которыми кодон может способствовать образованию скрытых стоп-кодонов при различных трансляционных прочтениях. рамки. [ 4 ]
Комбинаторика использовалась в генетических кодах , чтобы определить, как каждый кодон внутри кадра потенциально может способствовать созданию стоп-кодонов во внефреймовых контекстах. Стандартный генетический код содержит только 20 кодонов, которые не могут стать стоп-кодонами в рибосомной среде со сдвигом рамки (-1 сдвиг рамки: 42, +1 сдвиг рамки: 28) и 127 из 400 (31,75%) возможных комбинаций соседних аминокислот в митохондриях позвоночных. код создает стоп-кодон вне кадра. [ 1 ] Это предполагает, что замены и использование синонимичных кодонов не являются нейтральными и что селективное давление могло изменить назначение кодонов, чтобы увеличить частоту тех, которые могут использоваться в качестве скрытых остановок.
Наблюдения о том, что количество стоп-кодонов вне кадра положительно коррелирует с уровнем экспрессии гена, подтверждают гипотезу засады за счет увеличения регуляции трансляции (скрытой частоты остановки), чтобы препятствовать чтению вне кадра в генах, которые экспрессируются на высоком уровне. [ 5 ] [ 6 ] Положительная корреляция указывает на то, что внекадровая трансляция более крупных генов с более высокими уровнями экспрессии, вероятно, требует для клетки больше энергии, ресурсов и эффективности путей, чем трансляция меньших и более редких генов в смещенной рамке считывания. [ 1 ] Частота стоп-кодонов вне рамки отрицательно коррелирует со временем беременности у приматов, и хотя существует множество факторов, которые связывают эффективность молекулярной трансляции со скоростью морфогенеза , эти данные позволяют предположить, что не только отдельные клетки, но и целые организмы могут получить пользу от развития скрытой остановки. кодоны для эффективной остановки внефреймового синтеза. [ 1 ]
Гипотеза засады подвергается сомнению недавними наблюдениями о том, что стоп-кодоны вне рамки напрямую коррелируют с содержанием GC в геноме, поскольку стоп-кодоны бедны GC. [ 7 ] Моргенс и др. 2013 утверждает, что предыдущие исследования гипотезы засады основывались на данных об использовании кодонов, которые репрезентативны для содержания GC в организме и, следовательно, не подходят для оценки селективного эффекта стоп-кодонов вне рамки. [ 7 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д Селигманн, Эрве; Поллок, Дэвид Д. (2004). «Гипотеза засады: скрытые стоп-кодоны предотвращают внекадровое чтение генов» . ДНК и клеточная биология . 23 (10): 701–705. дои : 10.1089/dna.2004.23.701 . ISSN 1044-5498 . ПМИД 15585128 .
- ^ Хартл, Дэниел Л. (2019). Генетика: анализ генов и геномов . п. 1344. ИСБН 978-1-284-12294-7 . OCLC 1032715856 .
- ^ Аткинс, Джон Ф.; Логран, Гэри; Бхатт, Прамод Р.; Ферт, Эндрю Э.; Баранов, Павел В. (2016). «Рибосомальный сдвиг рамки и проскальзывание транскрипции: от генетической стеганографии и криптографии к случайному использованию» . Исследования нуклеиновых кислот . 44 (15): 7007–7078. дои : 10.1093/nar/gkw530 . ISSN 0305-1048 . ПМЦ 5009743 . ПМИД 27436286 .
- ^ Сингх, Тирата Радж; Пардасани, Камаль Радж (2009). «Возвращение к гипотезе засады: доказательства филогенетических тенденций» . Вычислительная биология и химия . 33 (3): 239–244. doi : 10.1016/j.compbiolchem.2009.04.002 . ISSN 1476-9271 . ПМИД 19473880 .
- ^ Гейсен, Дирк; Изерентант, Дирк; Дером, Кэтрин; Фирс, Уолтер (1982). «Систематическое изменение нуклеотидной последовательности, предшествующей кодону инициации трансляции, и влияние на бактериальную экспрессию клонированного гена антигена small-t SV40» . Джин . 17 (1): 55–63. дои : 10.1016/0378-1119(82)90100-7 . ПМИД 6281136 .
- ^ Озбудак, Эртугрул М.; Таттаи, Мукунд; Курцер, Ирен; Гроссман, Алан Д.; ван Ауденарден, Александр (2002). «Регуляция шума при экспрессии одного гена» . Природная генетика . 31 (1): 69–73. дои : 10.1038/ng869 . ISSN 1061-4036 . ПМИД 11967532 . S2CID 205357854 .
- ^ Jump up to: а б Моргенс, Дэвид В.; Чанг, Шарлотта Х; Кавальканти, Андре РО (2013). «Гипотеза засады: прогнозирование и оценка частот внекадровых кодонов в геномах прокариот» . БМК Геномика . 14 (1): 3–7. дои : 10.1186/1471-2164-14-418 . ISSN 1471-2164 . ПМК 3700767 . ПМИД 23799949 .