Диссертация (1145766), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Генотипическая и фенотипическая супрессияНарушения трансляции, приводящие к замене одного значащего кодона надругой или на стоп-кодон, а также приводящие к изменению рамки считывания,активно изучались на бактериях и дрожжах во второй половине прошлого века(Benzer and Champe, 1962; Garen et al., 1965; Kaplan et al., 1965; Crick andBrenner, 1967; Murgola and Yanofsky, 1974a; 1974b; 1974c; Dinman and Wickner,1994). Было замечено, что такие мутации способны «ревертировать» к дикомутипу. Супрессия, как подавление фенотипического проявления одной мутации вприсутствии другой, может происходить вследствие взаимной компенсациисдвигов рамки считывания или мутаций в генах, кодирующих тРНК, некоторыебелки и РНК рибосом и другие компоненты аппарата трансляции. Помимогенотипической супрессии, действующей на уровне трансляции, возможна ифенотипическая супрессия, которая проявляется при понижении температуры,замене глюкозы на неферментируемые источники углерода, а также привоздействии на клетки аминогликозидных антибиотиков (см.
Keeling et al.,2012). Наиболее изученными являются супрессия нонсенс-мутаций и сдвиговрамки считывания. Супрессия миссенс-мутаций исследована значительно хуже.Зачастую замены второго и третьего нуклеотида в кодоне могут не приводить кзамене соответствующей аминокислоты, поэтому и оценить фенотипическитакие изменения невозможно.1.4. Нонсенс-супрессия и антисупрессия как модели для изучениямолекулярных механизмов, контролирующих неоднозначностьтрансляцииНаиболее удобной моделью для изучения генетического контролясчитывания стоп-кодонов является изучение супрессии нонсенс-мутаций,приводящих к появлению преждевременного стоп-кодона в открытой рамке15считывания.
Рассматривают супрессию амбер- (UAG), охр- (UAA) и опалмутаций (UGA). Эффективность считывания стоп-кодонов в этом случае можетбыть зафиксирована как на фенотипическом уровне в виде реверсии мутанта кдикому (псевдодикому) типу, обусловленной появлением какого-то количествамолекул полноразмерного белка, так и количественно, с помощью специальныхрепортерныхсистем.Различаюткодон-специфичные(унипотентные)иомнипотентные, то есть не проявляющие кодоновой специфичности, нонсенссупрессоры.
К унипотентной нонсенс-супрессии могут приводить мутации ваминоацил-тРНК, которые распознают стоп-кодон как значащий. В этом случае,супрессия нонсенс-мутаций кодон-специфична, а ее проявление доминантно.Омнипотентные супрессоры приводят к нонсенс-супрессии всех трех типовстоп-кодонов. К омнипотентной нонсенс-супрессии могут приводить мутациипо факторам терминации трансляции, а также некоторые детерминантыэпигенетической природы.
При этом считывание стоп-кодонов осуществляюттРНК дикого типа, имеющие антикодон, способный с низкой эффективностьювзаимодействовать со стоп-кодоном того или иного типа. Такие тРНК получаютпреимущество при конкуренции с факторами терминации трансляции завзаимодействие со стоп-кодоном. Таким образом происходит элонгацияполипептидной цепи, вместо терминации.С другой стороны, можно оценивать и исследовать обратную ситуацию —снижениеэффективностисупрессиинонсенс-мутацийкакувеличениеэффективности терминации трансляции на преждевременных стоп-кодонах засчет других, антисупрессорных, мутаций. Таким образом, модели нонсенссупрессии и антисупрессии крайне удобны для исследования механизмов,обеспечивающих оптимальный уровень эффективности трансляции.161.5.
Генетический контроль считывания стоп-кодонов у эукариот1.5.1. Считывание стоп-кодонов мутантными тРНК и тРНК дикого типаСчитывание стоп-кодона, возникшего в результате мутации, происходит врезультате распознавания его молекулой тРНК. Так, мутации, приводящие кзаменам нуклеотидов в молекуле тРНК, в первую очередь в ее антикодоне,могут приводить к прочитыванию стоп-кодонов как значащих. Такие мутациивпервые были описаны у Escherichia coli (Capecchi and Gussin, 1965; Goodmanet al., 1968). Было обнаружено, что нонсенс-кодон UAG в структурном генебелка оболочки РНК-содержащего фага R17 супрессируется сериновой тРНКSerв результате мутации в ее антикодоне (Capecchi and Gussin, 1965). Впоследствиисупрессорные мутации такого типа были найдены и изучены и у дрожжей S.cerevisiae, где они идентифицированы в генах, кодирующих тирозиновые,сериновые и лейциновые тРНК (Murgola, 1985; Eggertsson and Söll, 1988;Hatfield and Oroszlan, 1990).Известны случаи, когда изменения кодоновой специфичности тРНК,приводящие к супрессии, были вызваны заменой не а антикодоне, а в другихучастках молекулы тРНК.
Так, была обнаружена супрессия кодона UGA,которая проявлялась вследствие замены основания G на А в D-стеблетриптофановой тРНК у E. coli при инфекции фагом Qβ (Hirsh, 1971). ТакаяG24A тРНКTrp получила название супрессорная тРНК Хирша (Schmeing et al.,2011). Супрессия стоп-кодона молекулой тРНК Trp приводила к синтезуудлиненного белка оболочки, необходимого для образования инфекционныхчастиц фага.Важноотметить,чтоосмысливаниестоп-кодоновможетбытьосуществлено не только за счет мутантных тРНК, но и за счет тРНК дикоготипа,илилатентныхсупрессорныхтРНК,антикодоныкоторыхвзаимодействуют со стоп-кодонами, нарушая канонические правила спаривания17нуклеотидов.Существованиеестественныхнонсенс-супрессорныхтРНКобуславливает возможность считывания стоп-кодонов как значащих во многихслучаях, не связанных с мутационными изменениями в тРНК (см. Beier andGrimm, 2001).ПерваятРНКэукариот,супрессирующаяамбер-мутации,былаобнаружена у табака и пшеницы, а также у дрозофилы (Bienz and Kubli, 1981;Beier et al., 1984a).
К супрессии стоп-кодона UAG способна тирозиновая тРНК сантикодоном GψA, которая содержится в клетках табака и пшеницы. Однакобольшинство молекул тРНКTyr из зародышей пшеницы и семян люпиновыхпредставлено изоакцепторной фракцией тРНК с антикодоном QψA, в первомположении которого находится гипермодифицированный нуклеотид кьозин,который в результате реакции трансгликозилирования вставляется в тРНК изаменяет глутамин. Важно отметить, что тРНКTyr с антикодоном QψA неспособна к супрессии стоп-кодона UAG (Bienz and Kubli, 1981; Beier et al.,1984; Junker et al., 1997).
Псевдоуридин во втором положении антикодона —уникальнаяособенностьвсехэукариотическихцитоплазматическихтирозиновых тРНК. При этом, замена псеводуридина на уридин приводит кнеспособности супрессировать UAG (Zerfass and Beier, 1992a).При амплификации тРНК для глутамина с антикодоном CUG, UUG илиUmUG (Um - 2'-О-метилуридин) может проявляться UAG- и/или UААсупрессорный эффект (Pure et al., 1985; Lin et al., 1986; Weiss and Friedberg,1986; Kuchino et al., 1987; Edelman and Culbertson, 1991; Grimm et al., 1998).Стоп-кодон UAG может также считываться лейциновой тРНК с антикодонамиCAA и CAG (Valle et al., 1987).Известны также эндогенные супрессоры и для опал-кодона UGA:триптофановая тРНКTrp с антикодоном CmCA (Zerfass and Beier, 1992b),цистеиновая тРНКCys с антикодоном GCA (Urban and Beier, 1995) и аргининоваятРНКArg с антикодоном U*CG (U* - 2-тиоуридин) (Hani and Feldmann, 1998;Baum and Beier, 1998).
Интересно отметить, что хлоропластная тРНК Trpсупрессирует стоп-кодон UGA более эффективно, чем цитоплазматическая.18Такойнеобычныйфактобъясняетсятем,чтоухлоропластнойицитоплазматической тРНК есть нуклеотидные различия в позициях 24 и 37 Dпетли (Zerfass and Beier, 1992).Такимобразом,считываниевсехтрех стоп-кодоновдостигаетсяразнообразием молекул супрессорных тРНК. При этом во многих случаях ониявляются естественными клеточными тРНК, необходимыми в норме длясчитывания значащих кодонов.СупрессорныетРНКтранслируютнонсенс-кодоны,конкурируясбелковыми факторами терминации трансляции (Weiss et al., 1984; Ito et al.,1996; Drugeon et al., 1997; Le Goff et al., 1997; Song et al., 2000). Роли факторовтерминации трансляции в контроле считывания стоп-кодонов посвящен один изследующих разделов обзора.1.5.2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
