Синонимическая замена
Синонимичная замена (часто называемая молчащей заменой, хотя она не всегда молчащая) — это эволюционная замена одного основания на другое в экзоне гена, кодирующего белок , при которой полученная аминокислотная последовательность не изменяется. Это возможно, потому что 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 на положительно заряженную аминокислота ) или радикальное (совершенно разные аминокислоты). кислота).
Вырожденность генетического кода
[ редактировать ]белка В трансляции участвует набор из двадцати аминокислот . Каждая из этих аминокислот кодируется последовательностью из трех ДНК пар оснований , 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
[ редактировать ]Когда происходит синонимичная или молчаливая мутация , изменение часто считается нейтральным , что означает, что 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] а 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. у Saccharomyces cerevisiae Было показано, что 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]
См. также
[ редактировать ]- Соотношение Ка/Кс
- Миссенс-мутация
- Несинонимическая замена
- Точечная мутация
- Расширенный генетический код , в котором используется более 20-22 природных кодируемых аминокислот.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б 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 . ПМИД 17185560 . S2CID 15146955 .
- ^ 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 . ПМИД 16418745 . S2CID 25713689 .
- ^ Jump up to: а б Гоймер П. (февраль 2007 г.). «Синонимические мутации нарушают свое молчание» . Обзоры природы Генетика . 8 (2): 92. дои : 10.1038/nrg2056 . S2CID 29882152 .
- ^ Чжоу Т, Ко Е.А., Гу В, Лим И, Банг Х, Ко Дж.Х. (31 октября 2012 г.). «Небезмолвная история о синонимичных сайтах в генах потенциалзависимых ионных каналов» . ПЛОС ОДИН . 7 (10): е48541. Бибкод : 2012PLoSO...748541Z . дои : 10.1371/journal.pone.0048541 . ПМЦ 3485311 . ПМИД 23119053 .
- ^ Граур Д (2003). «Мутация одного основания» (PDF) . В Купер Д.Н. (ред.). Природная энциклопедия генома человека . Макмиллан. ISBN 0333803868 .
- ^ Кимура М. (август 1969 г.). «Скорость молекулярной эволюции, рассматриваемая с позиций 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 .
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ Кахали Б., Басак С., Гош Т.С. (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 .
- ^ 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 . .