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Z佳密碼子打破生物鐘節奏
發布時間:2013-06-03 點擊次數:349次

zui佳密碼子打破生物鐘節奏

被豐富的tRNA(所謂zui優密碼子)解碼的密碼子在高度表達的基因中被過度表達,這被預測可以確保mRNA的快速和準確的轉化,以實現高水平的蛋白質生。研究小組開始在生物鐘基因中評估密碼子的使用偏倚,進而發現粗糙脈孢菌frq和聚球藻kaiB及kaiC(這對于各自生物體中的生物鐘功能而言是必不可少的)展示出了非zui佳的密碼子使用。

生物鐘通過協調發生在24個小時周期內的具有晝夜循環的基因表達從而在生理學過程中控制每日的振蕩。兩項研究如今顯示,在真菌粗糙脈孢菌和藍藻聚球藻中,基因編碼的生理節奏機制的核心組件表現出了一種不是zui佳的密碼子偏倚,并且這是對于保持一種適當的生理節奏的適應。

為了評估密碼子zui佳化對粗糙脈孢菌生物鐘功能的影響,周等人構建了兩個frq變異型:在*個中,zui佳密碼子被用來替代了所有氨基末端編碼frq末端(m-frq結構)的非zui優密碼子,而在第二個中,這一區域中的所有密碼子都是zui優化的(f-frq結構)。與野生型相比,FRQ水平在m-frq和f-frq菌株中都被增強了,但蛋白質的節奏表達卻被削弱了。更進一步的分析表明,密碼子zui佳化版本的FRQ是過度磷酸化的,并且它們對于凍融循環和胰蛋白酶消化表現出了高度的敏感性,所有這些意味著蛋白質的結構中存在著擾動。作者推斷,這些擾動是由于更快的密碼子zui優化frq mRNA的轉化導致的錯誤的蛋白質聯合轉化折疊所致。與這種假設相一致的是,與25攝氏度相比,由f-frq菌株在18攝氏度產生的FRQ變異型對于凍融循環和胰蛋白酶消化更為耐受,這大概因為轉化的整體效率在較低的溫度下被減少了。

在第二項研究中,許等人發現,聚球藻kaiB及kaiC的密碼子zui優化同時導致了編碼蛋白質水平的增加;然而,這并沒有消除它們的節奏表達。事實上,攜帶了這些基因的密碼子zui優化版本的菌株(optKaiB和optKaiBC菌株)竟然具有一個比野生型更為強壯的生物鐘,并且它們在較低的溫度時(18攝氏度到23攝氏度)zui為強壯,這是這種淡水細菌在自然環境中有可能遇到的情況。

那么為什么kaiB和kaiC沒有進化出zui優化的密碼子呢?許等人在一系列溫度下比較了野生型細菌與optKaiBC菌株的生長速度。他們發現,盡管在zui佳生長溫度30攝氏度時,optKaiBC菌株比野生型菌株長得要略快一些,但密碼子zui優化菌株在18攝氏度以及20攝氏度時表現出了嚴重的生長損傷。這意味著在更冷的溫度下,強壯的生理節奏是一個不利條件。在這樣的低溫下,聚球藻的生理節奏能夠擴展至30多個小時,這被預計將破壞基因表達的正確時間。因此,非zui優化密碼子使用的偏倚可能作為一種機制被進化出來,即“適應”生物鐘以便使其在節奏基因表達可能受損的某種環境條件下變弱。

總而言之,這兩項研究揭示了細菌和真菌都利用非zui優化密碼子偏倚作為一種策略來控制生理節奏,但每種生物體的結果卻是不同的。在粗糙脈孢菌中,非zui優化密碼子使用似乎確保了轉化慢得足以產生正確折疊的生物節奏蛋白質,而在聚球藻中,它使得生物體能夠適應不同環境狀況下的生理節奏調整的強度。zui終,這些數據凸顯了密碼子使用在蛋白質表達、結構和功能調整中的一般重要性。

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