بهینگی، تمایل و استفاده از کدون در ترجمه و تخریب mRNA
چکیده
ظهور پروفایلینگ ریبوزوم و سایر ابزارها برای بررسی ترجمه mRNA نشان داده است که تمایل کدونی - استفاده نادرست از کدون های مترادف در ترنسکریپتوم - به عنوان یک کد ژنتیکی ثانویه عمل می کند: کدی که کارایی تولید پروتئین، صحت ترجمه و متابولیسم mRNA ها را هدایت می کند. پیشرفت های اخیر در درک ما از تخریب mRNA ، نشان دهنده ی یک اتصال تنگاتنگ بین پویایی ریبوزوم و ثبات رونوشت های mRNA است؛ این اتصال باعث گنجاندن تمایل کدونی در مفهوم بهینگی کدون یا اثراتی که کدون های خاص و غلظت های tRNA بر کارایی و درستی تشکیلات ترجمه می گذارند می شود. در این بررسی، ابتدا شواهد مربوط به اثرات وابسته به کدون بر ترجمه مورد بحث قرار می گیرد، که در ابتدا در مورد مکانیسم پایه ای بحث می شود که از طریق آن، اختلال ترجمه می تواند کارایی ترجمه، تاخوردگی پروتئین و ثبات رونوشت را تحت تأثیر قرار دهد. پس از آن، در مورد این بحث خواهیم کرد که چگونه اثرات کدون تحت تاثیر سلول قرار می گیرند تا باعث تقویت پروتئوم برای حفظ هموستازی، اجرای بیان ژن برنامه های رشد یا تمایز و بهینه سازی کارایی تولید پروتئین اتفاق بیافتد.
استفاده از کدون 3 حرفی در mRNA به این معنی است که 64 کدون احتمالی، منبعی از 20 اسید آمینه و سیگنال های توقف ترجمه را کد می کنند. این امر منجر به انحطاط کد ژنتیکی شده، که در آن کدون های مختلف برای یک اسید آمینه تکی کد می شوند. این کدون های مترادف به وضوح توسط ریبوزوم شناخته شده است. در این زمینه، "بهینگی کدون" به میزان رمزگشایی کد غیر یکنواخت هر یک از 16 کدون های کدکننده ی آمینواسید توسط ریبوزوم اشاره دارد. بهینگی کدون یک عملکرد ماهیت تصادفی رمزگشایی ریبوزوم و تنوع غلظت tRNA می باشد. به علت تشخیص تصادفی کدون در جایگاه A ریبوزوم توسط tRNAs، یک کدون را می توان (به طور کلی) به صورت بهینه یا غیربهینه تعریف کرد که به چگونگی انتخاب کارآمد tRNA مربوطه مناسب از منبع سیتوپلاسمی tRNAs (منبع tRNA) بستگی دارد. علاوه بر این، از آنجا که بهینگی کدون می تواند یک عامل تعیین کننده قوی برای نرخ ترجمه باشد، مشاهده شده است که ژنوم ها دارای یک تمایل کدونی ذاتی هستند. تمایل کدونی یا تمایل برخی از کدون ها که به طور نامتناسب در ترنسکریپتوم نشان داده شده است، تاحدی توسط بهینگی کدون شکل گرفته و در سراسر حوزه های مختلف زندگی گسترده شده است. تمایل کدونی با سطوح tRNA در Escherichia coli (1)، Saccharomyces cerevisiae (2)، Caenorhabditis elegans (3)، Drosophila spp. (4) و به طور کلی یوکاریوت ها (5) همبستگی دارد. کدون های با تمایل قوی که مربوط به گونه های tRNA غنی شده هستند، به ترتیب در ژن های بسیار بیان شده یافت می شوند (6-9). ارتباط عملکری بهینگی کدون با سرعت ترجمه ریبوزوم همچنان به عنوان یک موضوع بحث جدی است که به طور گسترده در پژوهش های دیگر مورد بررسی قرار گرفته است (10-15). اگر چه بیشتر بحث موجود در مورد بهینگی کدون در مورد تاثیر محتوای کدون بر کارآیی ترجمه است، شواهد زیادی نشان می دهند که استفاده از کدون می تواند بر تاشدگی پروتئین و صحت ترجمه تاثیر بگذارد. به تازگی، نشان داده شده است که بهینگی کدون یک عامل تعیین کننده مهم ثبات mRNA علاوه بر نرخ افزایش ادامه ی ترجمه است (18-16).
Abstract
The advent of ribosome profiling and other tools to probe mRNA translation has revealed that codon bias — the uneven use of synonymous codons in the transcriptome — serves as a secondary genetic code: a code that guides the efficiency of protein production, the fidelity of translation and the metabolism of mRNAs. Recent advancements in our understanding of mRNA decay have revealed a tight coupling between ribosome dynamics and the stability of mRNA transcripts; this coupling integrates codon bias into the concept of codon optimality, or the effects that specific codons and tRNA concentrations have on the efficiency and fidelity of the translation machinery. In this Review, we first discuss the evidence for codon-dependent effects on translation, beginning with the basic mechanisms through which translation perturbation can affect translation efficiency, protein folding and transcript stability. We then discuss how codon effects are leveraged by the cell to tailor the proteome to maintain homeostasis, execute specific gene expression programmes of growth or differentiation and optimize the efficiency of protein production.
The use of 3‑letter codons in mRNA means that 64 possible codons encode a pool of 20 amino acids and translation stop signals. This has led to degeneracy in the genetic code, where multiple codons code for a single amino acid. These synonymous codons are recognized distinctly by the ribosome; in this context, ‘codon opti‑ mality’ refers to the non-uniform decoding rate of each of the 61 amino-acid encoding codons by the ribosome. Codon optimality is a function of the stochastic nature of ribosome decoding and the variability of tRNA con‑ centrations. Because of the stochastic recognition of the codon within the ribosome A‑site by tRNAs, a codon can be defined (in broad terms) as optimal or non-optimal depending on how efficiently the appropriate cog‑ nate tRNA can be selected from the cytoplasmic pool of tRNAs (tRNA pool). Additionally, as codon optimal‑ ity can be a powerful determinant of translation rates, genomes are seen as having an inherent codon bias. Codon bias, or the propensity for some codons to be disproportionately represented in the transcriptome, is, in part, shaped by codon optimality and is widespread throughout multiple domains of life. Codon bias corre‑ lates with tRNA levels in Escherichia coli1 , Saccharomyces cerevisiae2 , Caenorhabditis elegans3 , Drosophila spp.4 and eukaryotes in general5 . Codons with strong bias, corre‑ sponding to enriched tRNA species, are preferentially found in highly expressed genes6–9. The functional rele‑ vance of codon optimality to the speed of ribosome translation remains a topic of intense debate, which has been extensively reviewed elsewhere10–15. Although much of the debate on codon optimality has centred around the influence of codon content on translation efficiency, a substantial body of evidence indicates that codon usage can also influence protein folding and translation fidel‑ ity. More recently, codon optimality has been shown to be a powerful determinant of mRNA stability in addition to the translation elongation rate16–18
چکیده
بخش A ریبوزوم
فریم خوانش باز ( ORF)
شاخص تطبیق tRNA (tAI)
ریبونوکلئوپروتئین (RNP)
80S
پلی زوم
کدون ها امتداد ترجمه را تحت تاثیر قرار می دهند
کارایی ترجمه
پروتئومیکس تفنگی
توالی کدکننده DNA
تاخوردگی پروتئین
شاخص انطباق کدون ( CAI)
استفاده از کدون، ثبات mRNA را کنترل می کند
قطبیت اثرات کدون
ارتباط عملکردی
تغییرات در منابع tRNA به حفظ هموستازی سلولی کمک می کند
استفاده از کدون و تکثیر سلولی
نتیجه گیری و دیدگاه های آینده
Abstract
Ribosome A site
Open reading frame (ORF)
tRNA adaptation index
Ribonucleoprotein
80S
Polysome
Codons affect translation elongation
Translation efficiency
Shotgun proteomics
Coding DNA sequence
Protein folding
Missense translation errors
Codon adaptation index
Codon usage controls mRNA stability
The polarity of codon effects
Functional relevance
Changes in tRNA pools help to maintain cellular homeostasis
Codon usage and cell proliferation
Conclusions and future perspectives
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه