Cell：挑戰(zhàn)常規(guī)！一些纖毛蟲沒有專門的終止密碼子

Cell：挑戰(zhàn)常規(guī)！一些纖毛蟲沒有專門的終止密碼子

2016年10月15日訊 遺傳密碼---經(jīng)常在教科書表格中攤開的一組指令，告訴核糖體如何制造肽---在大多數(shù)真核生物中是一樣的。但是正如大多數(shù)規(guī)則一樣，存在例外情形。在一項(xiàng)新的針對(duì)纖毛蟲基因組重排的研究中，瑞士伯爾尼大學(xué)細(xì)胞生物學(xué)家Mariusz Nowacki和他的團(tuán)隊(duì)碰巧遇到兩種引人注目的例外情況。相關(guān)研究結(jié)果近期發(fā)表在Cell期刊上，論文標(biāo)題為“Genetic Codes with No Dedicated Stop Codon: Context-Dependent Translation Termination”。

作為具有兩個(gè)細(xì)胞核的復(fù)雜原蟲，纖毛蟲已知以一種非正常的方式翻譯RNA轉(zhuǎn)錄本。然而，Nowacki團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)巨大突口蟲（Condylostoma magnum）和一種未分類的Parduczia物種更進(jìn)一步，將所有傳統(tǒng)的“終止”密碼子（UGA、UAA和UAG）重新分配給氨基酸。Nowacki說，“開始時(shí)，它有些說不通。沒有人期待存在沒有終止密碼子的遺傳密碼?！?/p>

感到困惑的Nowacki團(tuán)隊(duì)想要發(fā)現(xiàn)這兩種纖毛蟲實(shí)際的終止密碼子會(huì)是什么樣子。該團(tuán)隊(duì)尋求研究它們的組蛋白轉(zhuǎn)錄本，這是因?yàn)樗鼈兊男蛄性谒械恼婧松镏惺歉叨缺Ｊ氐?。利用蛋白質(zhì)譜分析和核糖體圖譜，研究人員確定Parduczia物種總是將UAA和UAG理解為谷氨酰胺密碼子，但是在一些情形下將UGA讀取為色氨酸密碼子，在其他情形下將UGA讀取為終止密碼子。更加奇特的是，在巨大突口蟲中，所有的這三種傳統(tǒng)的終止密碼子作為一種終止信號(hào)或一種氨基酸信號(hào)發(fā)揮作用。

Nowacki說，“這些細(xì)胞為了存活，它們必需能夠解決這種模糊性?！边@些數(shù)據(jù)表明核糖體以某種方式知道在合適的環(huán)境下將這些傳統(tǒng)的終止密碼子理解為“終止”信號(hào)或“放行”信號(hào)，因此Nowacki團(tuán)隊(duì)開始尋找環(huán)境線索。

研究人員發(fā)現(xiàn)這些模糊的密碼子的出現(xiàn)在轉(zhuǎn)錄本末端附近顯著地下降，從而降低這種潛在的模糊性。此外，相對(duì)于其他的真核生物，巨大突口蟲和Parduczia物種在mRNA轉(zhuǎn)錄本的翻譯部分與它的3’端poly（A）尾之間存在顯著較短長(zhǎng)度的非翻譯mRNA部分。他們提出當(dāng)核糖體碰到包被poly（A）尾或者與poly（A）尾相互作用的蛋白時(shí)，這些蛋白可能是翻譯的障礙。在酵母中，poly（A）結(jié)合蛋白已經(jīng)證實(shí)在翻譯終止中發(fā)揮著作用。

美國波莫納學(xué)院分子生物學(xué)家Andre Cavalcanti（未參與這項(xiàng)研究）說，“我認(rèn)為這是一個(gè)非常好的解釋?！辈贿^，它也產(chǎn)生一個(gè)問題：這種密碼子重新分配或者這種較短的非翻譯區(qū)（UTR）是否首先進(jìn)化出。他在發(fā)給《科學(xué)家》雜志的電子郵件中補(bǔ)充道，“不是每種重新分配遺傳密碼的纖毛蟲都有巨大突口蟲和Parduczia物種中如此短的UTR，而這似乎是這種模式生物所必需的。不同的纖毛蟲可能以不同的方式進(jìn)行適應(yīng)。”

為了測(cè)試這種假設(shè)，Nowacki團(tuán)隊(duì)正在計(jì)劃調(diào)整巨大突口蟲中的UTR長(zhǎng)度。Nowacki預(yù)測(cè)，如果研究人員能夠讓poly（A）尾離真正的終止密碼子更遠(yuǎn)一些，那么他們可能會(huì)觀察到更多的通讀。

Nowacki說，“我們已能夠在海洋生物---之前從未研究過的生物---中鑒定出一種新的生物學(xué)特征。它表明遺傳密碼并不一定是固定不變的和不含糊的。”

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