Synonymní substituce - Synonymous substitution

Slova související s „synonymem“ viz Synonymum (disambiguation).

A synonymní substituce (často nazývané a tichý substituce i když ne vždy mlčí) je evoluční substituce jednoho základna pro další v exon a gen kódování pro a protein, tak, že vyrobené aminokyselinová sekvence není změněn. To je možné, protože genetický kód Termín „degenerovaný“ znamená, že některé aminokyseliny jsou kódovány více než jedním párem tří bazí kodon; protože některé kodony pro danou aminokyselinu se liší pouze jedním párem bází od ostatních kódujících stejnou aminokyselinu, mutace, která nahradí „normální“ bázi jednou z alternativ, povede k začlenění stejné aminokyseliny do rostoucí polypeptidový řetězec když je gen přeložen. Synonymní substituce a mutace ovlivňující nekódující DNA jsou často zvažovány tiché mutace; ne vždy však mutace mlčí.[1][2][3][4][5]

Synonymní mutace může ovlivnit transkripce, sestřih, mRNA doprava a překlad, kterýkoli z nich by mohl změnit výsledek fenotyp, čímž ztichne synonymní mutace.[3] The substrátová specificita z tRNA na vzácný kodon může ovlivnit načasování překladu a následně i překládání skládání proteinu.[1] To se odráží v zkreslení použití kodonů to je pozorováno u mnoha druh. A nesynonymní substituce má za následek změnu aminokyseliny, kterou lze libovolně dále klasifikovat jako konzervativní (změna aminokyseliny s podobnou fyziochemické vlastnosti ), polokonzervativní (např. záporně na kladně nabitý aminokyselina) nebo radikál (výrazně odlišná aminokyselina).

Degenerace genetického kódu

Protein překlad zahrnuje sadu dvaceti aminokyseliny. Každá z těchto aminokyselin je kódována sekvencí tří DNA základní páry zvané a kodon. Protože existuje 64 možných kodonů, ale pouze 20–22 kódované aminokyseliny (v přírodě) a stop signál (tj. až tři kodony, které nekódují žádnou aminokyselinu a jsou známé jako stop kodony, což znamená, že by se translace měla zastavit), některé aminokyseliny jsou kódovány 2, 3, 4 nebo 6 různými kodony. Například kodony TTT a TTC kódují aminokyselinu fenylalanin. Toto se často označuje jako nadbytek genetického kódu. Existují dva mechanismy redundance: několik různých přenosových RNA může dodávat stejnou aminokyselinu nebo jeden tRNA může mít nestandard kolísavý základ v poloze tři antikodonu, který rozpoznává více než jednu bázi v kodonu.

Ve výše uvedeném příkladu fenylalaninu předpokládejme, že báze v poloze 3 kodonu TTT byla substituována na C, přičemž kodon TTC zůstal. Aminokyselina v této poloze v proteinu zůstane fenylalanin. Substituce je tedy synonymem.

Vývoj

Když je synonymem nebo tichá mutace dojde často ke změně neutrální, což znamená, že to nemá vliv na zdatnost jedince nesoucího nový gen přežít a rozmnožovat se.

Synonymní změny nemusí být neutrální, protože některé kodony jsou překládány efektivněji (rychleji a / nebo přesněji) než jiné. Například, když byla zavedena hrstka synonymních změn v genu pro ovocnou mušku s alkoholem dehydrogenázou, která změnila několik kodonů na neoptimální synonyma, byla snížena produkce kódovaného enzymu[6] a dospělé mouchy vykazovaly nižší toleranci k ethanolu.[7]Mnoho organismů, od bakterií přes zvířata, vykazuje neobjektivní použití určitých synonymních kodonů. Takový zkreslení použití kodonů mohou vzniknout z různých důvodů, z nichž některé jsou selektivní a jiné neutrální. v Saccharomyces cerevisiae Bylo prokázáno, že použití synonymního kodonu má vliv mRNA stabilita skládání s mRNA kódující jiný protein sekundární struktura upřednostňovat různé kodony.[8]

Dalším důvodem, proč synonymní změny nejsou vždy neutrální, je skutečnost, že exonové sekvence blízko hranic exon-intron fungují jako Sestřih RNA signály. Když je sestřihový signál zničen synonymní mutací, exon se v konečném proteinu neobjeví. Výsledkem je zkrácený protein. Jedna studie zjistila, že asi čtvrtina synonymních variací ovlivňujících exon 12 z regulátor transmembránové vodivosti cystické fibrózy gen má za následek přeskočení exonu.[9]

Viz také

Reference

  1. ^ A b Kimchi-Sarfaty, C .; Oh, J. M .; Kim, I.-W .; Sauna, Z. E .; Calcagno, A. M .; Ambudkar, S. V .; Gottesman, M. M. (26. ledna 2007). „Tichý“ polymorfismus v genu MDR1 mění substrátovou specificitu “. Věda. 315 (5811): 525–8. Bibcode:2007Sci ... 315..525K. doi:10.1126 / science.1135308. PMID  17185560.
  2. ^ Chamary, JV; Parmley, JL; Hurst, LD (únor 2006). „Sluchové ticho: neutrální vývoj na synonymních místech u savců“. Genetika hodnocení přírody. 7 (2): 98–108. doi:10.1038 / nrg1770. PMID  16418745.
  3. ^ A b Goymer, Patrick (únor 2007). "Synonymní mutace prolomí jejich mlčení". Genetika hodnocení přírody. 8 (2): 92. doi:10.1038 / nrg2056.
  4. ^ Zhou, Tong; Ko, Eun A .; Gu, Wanjun; Lim, Inja; Bang, Hyoweon; Ko, Jae-Hong; Uversky, Vladimir N. (31. října 2012). „Tichý příběh na synonymních stránkách v genech iontových kanálů s napětím“. PLOS ONE. 7 (10): e48541. Bibcode:2012PLoSO ... 748541Z. doi:10.1371 / journal.pone.0048541. PMC  3485311. PMID  23119053.
  5. ^ Graur, Dan (2003). „Single Base Mutation“ (PDF). V Cooper, David N. (ed.). Přírodní encyklopedie lidského genomu. MacMillan. ISBN  0333803868.
  6. ^ Carlini, David B .; Stephan, Wolfgang (2003). „Zavedení nepreferovaných synonymních kodonů do genu Drosophila Adh in vivo vede ke sníženým hladinám proteinu ADH.“. Genetika. 163 (1): 239–243. PMC  1462401. PMID  12586711.
  7. ^ Carlini, David B. (2004). „Experimentální snížení zkreslení kodonů v genu Drosophila alkoholu dehydrogenázy vede ke snížení tolerance etanolu dospělých much.“ Journal of Evolutionary Biology. 17 (4): 779–785. doi:10.1111 / j.1420-9101.2004.00725.x. PMID  15271077.
  8. ^ Kahali, Bratati; Basak Surajit; Ghosh Tapash Chandra (březen 2007). "Znovu prozkoumejte využití kodonu a aminokyselin S. cerevisiae genom: nový pohled z analýzy sekundární struktury bílkovin ". Biochem. Biophys. Res. Commun. 354 (3): 693–9. doi:10.1016 / j.bbrc.2007.01.038. PMID  17258174.
  9. ^ Pagani, Franco; Raponi, Michela; Baralle, Francisco E. (2005). „Synonymní mutace v CFTR exonu 12 ovlivňují sestřih a nejsou v evoluci neutrální“. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 102 (18): 6368–72. Bibcode:2005PNAS..102.6368P. doi:10.1073 / pnas.0502288102. PMC  1088389. PMID  15840711..