Dobrá otázka (je-li trochu smíšená s transkripcí vs. překladem!)

AUG není vždy počáteční kodon, ale ať už je kodon jakýkoli, vždy kóduje methionin (nebo fMet, ale stále variace na Met), i když kodon jinak kóduje jinou aminokyselinu. Pro uspořádání tohoto prvního kroku se používá samostatná přenosová RNA (tRNAi, iniciátorová tRNA), vedená eIF2 [in eukarya].

V tomto ohledu jde spíše o otázku „proč AUG“ než „ proč tento specifický iniciátor tRNA “, odpověď spočívá v tom, že má určité sekvenční prvky a modifikace, které jej odlišují od tažných tRNA, které vážou elongační faktory, a proto jsou namířeny na ribozomální A a B místa místo na ribozomální P místo (s funkcí v závislosti na formě je v zásadě tvarován tak, aby spíše nastavoval transkripci, než aby prodlužoval existující rodící se polypeptid řetězce.) že tělo tRNA je zapojeno do přenosu signálu, že byl nalezen počáteční kodon do zbytku předinicializačního komplexu. “ - Kolitz a Lorsch, 2010

Další startovací kodony jsou pouze z přirozené chemické variace (nebo evoluce, ať se na ni budete dívat jakýmkoli způsobem), která vede k různé tvary proteinů rozpoznávajících kodony.

Mechanismus pro zahájení překladu funguje a jako takový je „konzervovaný“ - evoluce jej udržovala, a proto je vždy (více či méně) stejným kodonem. Archaea má velmi podobný tvar akceptorového kmene tRNAi a je stejně dobrým ligandem, který ukazuje, jak starý je systém a dává představu o tom, jak zásadně obtížné musí být pro organismus takový systém změnit pomocí mutace (3,5 miliardy let evoluce se nemůže mýlit! atd. haha).

Abychom se nezabývali pouze částí, kde jsem řekl, že se používají i kodony jiné než AUG (v buňkách kvasinek a savců), následuje studie, ve které bylo zjištěno, že mění 1 (a pouze 1) AUG základny stále povolují iniciaci překladu:

"Přirozeně nesprávné rozpoznávání naznačuje, že diskriminace dvou téměř spárovaných codonů s párem bází od dokonalého kodonu AUG se třemi bázemi je předmětem chyb. faktory, jako jsou eIF1 a eIF2b, dále zvyšují úrovně těchto chyb.

Dvě interakce párování bází mezi kodony, které nejsou AUG, a antikodonem Met-tRNAi jsou dostatečné pro spuštění iniciace translace, což naznačuje, že eIF1 divokého typu hraje roli při monitorování správných interakcí párování bází při skenování počátečního místa AUG. Lze předpokládat, že Met-tRNAi, nikoli příbuzná tRNA odpovídající individuálnímu non-AUG kodonu, se použije při zahájení translace v tyto startovací kodony jiné než AUG. str >

Komplex iniciace translace bude vázat pouze Met-tRNAi na rozdíl od jiných tRNA, protože Met-tRNAi má jedinečnou sekvenci a strukturní vlastnosti, které umožňují jeho načtení na eIF2 ternárního komplexu a umožnění jeho zařazení do P stránka ribozomu "- Maduzia et al , 2010

V zásadě panuje shoda v tom, že ve skutečnosti není možné říci, proč methionin kodon, „je to jen strukturální věc“, což je opravdu trochu kruhový argument.

Nejprve je to kódující sekvence , otevřený čtecí rámec (ORF), a nikoli gen, který začíná AUG. Ve skutečnosti existuje poměrně málo ORF, které začínají různými iniciačními kodony, jsou to spíše výjimky než norma.

Pokud jde o potřebu, můžete si představit kodony START a STOP jako interpunkci. AUG se čte jako první (velké) písmeno věty (pokud mi dovolíte trochu rozšířit definici interpunkce). Přečtěte si proces překladu, ribozom se připojí k molekule mRNA, která obsahuje UTRs, používá kodon AUG jako indikaci, že by nyní měl začít překládat.

UTR jsou nepřekládané oblasti a často obsahují regulační sekvence, které mohou řídit překlad. Ty by však neměly být v konečném proteinovém produktu, takže buněčný aparát potřebuje způsob, jak vědět, kde končí UTR a začíná kódující sekvence.

Z nedávného empirického výzkumu (Wang et al., 2018) na eukaryotech mají v zásadě startovací kodony jiné než AUG kontextově závislou účinnost [iniciace překladu], zatímco AUG je „jistá věc“ tj. nukleotidy, které jej obklopují, mají malý vliv na jeho účinnost.

Existuje několik teoretických biochemických vysvětlení, která budu citovat tak, jak jsou:

Ukázali jsme, že kodony jiné než AUG jsou více závislé na kontextu okolní nukleotidové sekvence než kodony AUG. Párování bází mezi startovacím kodonem AUG a antikodonem iniciátorské tRNA spolu s interakcemi mezi skenovacím ribozomem a nukleotidy obklopujícími počáteční kodon (např. Interakce mezi Arg55 eukaryotického iniciačního faktoru 2a a pozicí -3 [...]) způsobí, že se preiniciační komplex posune z otevřené konformace do uzavřené konformace, takže může dojít k iniciaci translace. Většina preiniciačních komplexů prochází iniciací translace, když narazí na startovací kodon AUG, ať už jde o efektivní nebo neúčinný kontext, protože silná interakce mezi kodonem a antikodonem poskytuje dostatek energie k řízení konformačního posunu. Neshody mezi startovacím kodonem, který není AUG, a antikodonem však snižují vazebnou energii z kodonu a antikodonu. Proto se příspěvky z interakcí mezi preiniciačním komplexem a „kontextovými nukleotidy“ pravděpodobně stanou významnějšími a nezbytnějšími. Ukázali jsme také, že kontext sekvence, konkrétně poloha +4, ovlivňuje účinnost každého startovacího kodonu bez AUG odlišně. Pozorovaný rozdílný účinek polohy +4 ukazuje, že vlastnosti sekvence mohou mít kodonově specifické účinky na účinnost TIS. Je možné, že existují i ​​další vlastnosti s účinky specifickými pro kodony. Navíc rozdíly v těchto vlastnostech mezi reportéry mohou vysvětlit, proč některé předchozí studie identifikovaly GUG nebo ACG jako nejúčinnější startovací kodon bez AUG [...], zatímco jiné souhlasí s našimi nálezy [...].

V článku také zdůrazněno, že v některých rohových případech (specifické sekvence) může být sekvence obsahující kodon, který není AUG, „stejně účinná jako“ jiná sekvence, která obsahuje AUG. (Z grafu rámečku se mi zdá, že některé non-AUG sekvence mají lepší účinnost než některé AUG sekvence, ale článek to formuluje jako „tak dobrý jako“.)

K této inverzi efektivity dochází každopádně pouze u některých konkrétních sekvencí. AUG má v průměru nejlepší účinnost ve všech sekvencích.

Pokud se vrátíme [dále v evolučním čase] k prokaryotům, podobná studie všech potenciálních počátečních kodonů byla provedena na E. coli v roce 2017. Obrázek se trochu liší v tom smyslu, že zatímco AUG je z hlediska efektivity stále napřed, ale společně s GUG a UUG tvoří vlastní klastr, daleko před ostatními.

Standardní vysvětlení, které jsem našel v recenzi, je, že AUG, GUG a UUG jsou dekódovány fMet-tRNAfMet. (Také uvedeno v odpovědi zde, založené na starší recenzi.) Starší recenze ve skutečnosti nabízí trochu lepšího přehledu:

AUG je nejběžnějším iniciátorovým kodonem, protože tvoří nejstabilnější interakci s antikodonem CAU ve fMet-tRNA.

Dalo by se samozřejmě ekvivalentně zeptat, jak se tento enzym vyvinul společně kodony (které dekóduje). Ale na to jsem nenašel odpověď. Pravděpodobně se na to zeptám jako na samostatnou otázku.

Výklad otázky

Zde jsou dvě otázky. Ten o alternativních startovacích kodonech je věcný a dobře na něj odpověděl Louis Maddox. Druhým je evoluční otázka, kterou bych přepracoval jako

„Proč byl jako iniciační aminokyselina vybrán methionin?“

Stejně jako Louis Maddox bych měl řekl, že je téměř nemožné odpovědět. Ukazuje se však, že existuje alespoň jedna hypotéza - možná související s komentáři k odpovědi Maddoxe - a proto považuji za užitečné ji předložit a diskutovat.

Regulační hypotéza methioninu jako iniciátoru

Tuto hypotézu představili Bhattacharyyaa a Varshney v článku RNA Biology (2016). (Pro přístup k plné verzi může být vyžadováno osobní nebo institucionální předplatné.) Jejich argument lze shrnout takto:

• Methionin neplní roli v proteinech, které by mohly jiné postranní řetězce alifatikaminokyseliny ne, a je jednou z nejvzácnějších aminokyselin v bílkovinách.
• Syntéza methioninu má nejvyšší metabolické náklady mezi aminokyselinami
• Syntéza methioninu (a N -formylmethionin) závisí na metabolismu jednoho uhlíku.
• Proto by jeho přijetí jako iniciátora translace mohlo zajistit, aby syntéza proteinů proběhla pouze v případě, že bude v buňce dostatek energie pro metabolismus jednoho uhlíku a , zjednodušením, pro samotnou syntézu bílkovin.

• Kromě toho požadavek na S -adenosyl methionin pro jejich methylaci rRNA a určitých tRNA by představoval specifické spojení s dalšími složkami syntéza bílkovin.

  

[Methioninová syntéza - od Berg et al. , Oddíl 24.2.7]

Komentáře

Potíž, kterou osobně mám s touto hypotézou, je, že bych očekával, že se nejprve vyvine mechanismus, přičemž regulace se objeví až později. Jednou z možných cest, jak to obejít, by bylo, kdyby methionin vytlačil z časného genetického kódu podobně hydrofobní aminokyselinu, jako je norleucin, jak navrhuje Alvarez-Carreño et al.. Předtím by se dalo předpokládat, že iniciace neproběhla u konkrétního kodonu, jak je diskutováno ve vztahu k další biologické otázce SE.

[Formylace methioninu - od Berg et al. , obrázek 29.21]