Льюин (Левин) - Гены - 1987 (947308), страница 41
Текст из файла (страница 41)
В ргзульгдге мутации ОСА пррнрнщцюгск н АСА, что прннпднг к зцменс 61н н белке днкагп типа нн Агй н музннгном белке Если кнгнкодан гРНК У мутирует пз ПСС н ПСП, тп он включает глкцнн н гонрг нд кпдпн АОА, кодирующий кргннкн. Заметьте. чгп зРНКАгк н супррсппрннк гРНКоб будут атнрчкгь нк кпдпн АЯА; поэтому гффнкункносгь супрнцснн будду неполной. Все рассмотренные случаи супрессии были исследованы на примере В, сод. У других бактерий (преимугцественно у 5, уурй1лгпг)ипг) также были выделены похожие мутанты, и это свидетельствует о сходстве ситуаций во всех изученных случаях.
Значительно меньше известно о распространенности и возможности супрессии нонсенс- и миссенс-мутаций у эукариот. Супрессоры охра- и амбер-мутаций, включающие тирозин, серии илн лейцнн, были выделены у дрожжей, причем каждый супрессор узнает ~олько свой колон. Возможно, это достигается благодаря использованию модифицированных оснований в антикодонах охра-супрессоров.
Конкуренция между супрессорными и обычными тРНК Существуют серьезные различия между ситуациями, когда кодон узнается своей собственной аминоацилированной тРНК и когда мутация позволяет супрессорной тРНК узнать новый кодон. В клетке дикого типа опреде- ленному кодону может быть приписано только одно значение, которое соответствует или конкретной аминокислоте, или сигналу терминации. Но в клетках, содержащих супрессорную мутацию, у мутантного колона имеется две возможности: либо быть узнанным супрессорной тРНК, либо бъпь прочитанным согласно своему обычному значению. Следовательно, нонсенс-супрессорные тРНК должны конкурировать с освобождающими факторами за терминирующие колоны. В свою очередь миссенс-супрессорпые тРНК должны конкурировать с тРНК, которые обычно узнают данный кодон.
Степень конкуренции будет влиять на эффективность супрессии, приводя к зависимости этого процесса не только от степени сродства между антикодоном и комцлементарным кодоном, но и от коцентрации молекул-супрессоров в клетке, а также от подобных параметров, влияющих на протекание конкурирующих реакций терминации или включения. Такая зависимость может объяснить, почему эффективность супрессии никогда не превышает 50",г„'. При этом эффективность супрессоров различного типа неодинакова.
Из этого, очевидно, можно сделать вывод, что эффективность супрессии обусловлена характерными особенностями каждого класса супрессоров. При выделении нонсенс-супрессоров использовали их способность узнавать мутантные нонсенс-кодоны, которые в силу особенностей своего расположения в гене оказывали летальное действие. Между тем один из нормальных терминирующнх кодонов имеет такую же последовательность оснований как и супрессируемый нонсенс-кодон. Следовательно, мутаитная тРНК, супрессирующая нонсенс-мутацию, в принципе должна бьжь способна супрессировать и нормальные терминируюшие кодоны в конце всех генов. То~да в результате сквозного прочитывания текста произойдет образование более длинного белка с дополнительным С-концевым пептидом.
Таким образом, вероятнее всего, что эффективная супрессия терминации окажется летальной для клетки, так как при этом появятся более длинные белки с измененной функцией. Аналогичным образом миссенс-супрессор одного гена скорее всего будет мутатором для другого. Например, если супрессор исправляет эффект мутации, заменяя одну аминокислоту на другую в мутантном сайте, то он будет при этом вводить новую аминокислоту взамен обычной в другом сайте. Поэтому перед клеткой возникает дилемма: с одной стороны, она должна супрессировать летальный кодон, с другой — не допустить слишком сильных изменений нормальных значений кодона в других местах.
Эффективность супрессии амбер-мутаций весьма высока и составляет в зависимости от конкретной системы ог 10 до 50',ю Допустим, что клетка не может быть толерантной к такому высокому уровню супресии природных терминаторов, тогда очевидно, что амбер 1ашЬег) кодоны используются в конце генов с меньшей частотой, чем другие нонсенс-триплеты.
Выделить супрессоры охра-мутаций всегда трудно, причем для них характерна более низкая эффективность — обычно ниже 1О'.г,'. Скорость роста клеток, содержащих охра-супрессоры, снижена. Из этого слсдует, что одновременная супрессия кодонов 13АА и ПАС неблагоприятна для клетки, возможно, в силу того, что охра-кодоны наиболее часто использунутся в качестве природных сигналов терминации. Отсутствие сколько-нибудь 7.
Транспортная РНК: трансляционный посредник !01 сильных миссенс-супрессоров объясняется аналогичным образом: эффективная замена в одном гене оказывает вредное действие на другие гены. На эффективность считывания любого кодона может оказывать влияние его локализация в гене, так что эффективность суцрессирования нонсенс-колона молекулами определенной тРНК изменяется в широких пределах в зависимости от соседствующих оснований. В действительности мы не знаем механизмов, при помоши которых окружение оказывает влияние на частоту узнавания кодона определенной тРНК.
Но в зависимости от локализации эта частота может изменяться примерно на порядок. Таким образом, несмотря на то что в целом амбер-кодоны прочитываются более эффективно, чем охра-кодоны, коэффициент их полезного использования может варьировать в зависимости от локализапии. Вероятно, основание, примыкающее к 3'-концу кодона, оказывает особенно сильное влияние на эти различия. Мутация, вызывающая образование супрессорной тРНК, может иметь два последствия. Во-первых, она дает возможность тРНК узнать новый кодон. Во-вторых, в определенных случаях она не позволяет тРНК взаимодействовать со своими старыми кодонами.
Существенно, что все высокоэффективные амбер-супрессоры возникают в результате мутации в гене, кодирующем одну из копий тРНК, образующихся в клетке в избытке. Другими словами, клетка располагает несколькими вилами тРНК, способными реагировать с тем исходным кодоном, с которым реагирует тРНК дикого типа. Следовательно, супрессорная мутация не упраздняет узнавания старых колонов, которые продолжают по-прежнему обслуживаться избыточными копиями тРНК. В противоположность этому мутация в гене, кодирующем другую амберюупрессорную тРНК, является рецеееивио-летальной.
Это означает, что тРНК может действовать как супрессор лишь в тех случаях, когда клетка содержит две копии гена: один-дикого типа, а другой мутантный. Но если имеется только единственная мутантная копия, то клетка гибнет. Причина состоит в том, что ген-супрессор !лир!3) является единственным структурным геном для триптофановой тРНК у Е. со!й Мутация приводит к замене антикодона ССА Ана 1.'ГА.
Но в результате клетка лишается единственной тРНК, способной распознавать кодон 1)ОО, что приводит к летальному исходу !как было описано ранее, в другом случае ген этой тРНК может мутировать так, что она становится способной распознавать как 13ОА, так и 1)ОО). Ограничениями, накладываемыми этими обстоятельствами, можно объяснить, почему не удается получить все возможные нонсенс-супрессоры — производные тРНК, узнающие такие колоны, которые отличаются только одним основанием от термннирующего кодона Транспортная РНК может изменить рамку считывания Как правило, у мРНК имеется постоянная рамка считывания. Трансляция начинается с кодона А1)О и последовательно продолжается до терминирующего кодона. При этом процесс происходит таким образом, что считывается все подряд. Поэтому вставка или делеция основания вызывают мутацию со елвигом рамки считывания.
В результате после сайта, в котором произошла мутация, трансляция происходит уже в другой рамке считывания. Рибосомы и тРНК, продолжая узнавать три- плет за триплетом, синтезируют при этом совершенно другую последовательность аминокислот. В результате мутаций, супрессируюп!их мутации со сдвигом рамии, восстанавливается исходная рамка считывания. В гл. 4 мы уже обсуждали, что для этого необходимо компенсировать делении и вставки, возникшие в гене.
Но оказалось, что наряду с этим можно получить ряд внесенных супрессоров, которые не действуют на терминирующие кодоны и не вызывают замены одной аминокислоты на другую. У бактерий описано несколько таких супрессирующих мутаций. В одном случае супрессор исправляет рамку считывания, когда мутация вызвана вставкой дополнительного основания в участок, состоящий из нескольких идентичных остатков,— например, вставка в участок из нескольких оснований О. Супрессором такой мутации служит 1РНК т, солержащая дополнительное основание в антикодоновой петле. В результате аитикодон превращается из обычной триплетной последовательности СССС в квадриплетнун> последовательность СССС.
Поэтому в некоторых случаях такая тРНК узнает квадриплетиый кодон и с вариациями в последнем положении, согласно правилу неоднозначного соответствия. Сходный тип супрессии был обнаружен в митохондриях дрожжей. При этом супрессируются мутации, вызванные вставками или делециями одного остатка Т на участке из пяти Т. Все мутации в этом случае были лики 1!еа)гу). Возможный механизм супрессии состоит в том, что тРНК '~, узнающая кодон Б1Л), иногда допускает проскальзывание рнбосомой основания в том или ином направлении, тем самым супрессируя мутацию. Такое проскальзывание можно рассматривать как норгиальное, хотя и не слишком частое явление )менее чем в 5;;, случаев). Другой пример эпизодически происходящего сдвига рамки обнаруживается при нормальном развитии РНК- содержащего бактериофага Мб2.
Механизм, обусловливающий сдвиг рамки считывания, не известен, но о его наличии свидетельствует тот факт, что в новой рамке считывания рибосомы производят преждевременную терминацию. Это позволяет начать трансляцию с другого гена — гена лизиса. Инициирующий кодон этого гена лежит впереди по ходу трансляции. Таким образом, терминация трансляции, связанная со сдвигом рамки считывания, необходима для последующего взаимодействия рибосомы с инициирующим колоном гена, ответственного за лизис. Поэтому редко происходящие ошибки считывания на самом деле могут являться важным компонентом естественного процесса трансляции. Некоторые тРНК, супрессирующие мутации со сдвигом рамки, могут взаимодействовать более чем с одним квадриплетным «колоном».
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
