Множественные стартовые и стоп-кодоны в мРНК и пре-мРНК [дубликат]

Наличие нескольких стартовых и стоп-кодонов зависит от того, что вы подразумеваете под «стартовым кодоном» и «стоп-кодоном».

Стартовый кодон имеет последовательность «AUG», а стоп-кодон имеет последовательность «UAG», «UAA» или «UGA». Как пре-мРНК, так и зрелая-мРНК могут содержать и обычно содержат несколько экземпляров всех этих последовательностей. Однако только один экземпляр «AUG» служит сайтом начала трансляции, и только один экземпляр последовательности стоп-кодона служит сайтом остановки трансляции.

Местом начала трансляции обычно является первая (наиболее 5') AUG. Однако по причинам, которые до сих пор полностью не выяснены, примерно в 5% генов первая AUG пропускается, и трансляция начинается с одной из других последовательностей AUG.

Сайт остановки трансляции всегда является первым стоп-кодоном, который находится в рамке считывания с сайтом начала трансляции в зрелой мРНК.

Стоп-кодон обычно не является (мне хочется сказать никогда) последней последовательностью перед поли-А-хвостом. Кодирующая последовательность (участок РНК, который кодирует белок) находится посередине. Существует 5'-нетранслируемая область (UTR) перед областью, кодирующей белок, и 3'-UTR после области, кодирующей белок. Последовательности UTR варьируются в зависимости от гена и могут иметь разные функции в зависимости от последовательности .

Поскольку этот вопрос является первым постом, это, вероятно, просто основной вопрос о синтезе белка, на который @Sean Johnson ответил адекватно. Однако я не совсем уверен. И поскольку раньше я работал в области синтеза белка (но сейчас я немного оторван от реальности), я решил немного просмотреть недавнюю литературу, чтобы ответить на некоторые более эзотерические или неясные вопросы, которые она подняла в моем уме. Я изложил результаты ниже и разделил свой ответ на зрелую мРНК (которую в основном освещал Шон), но также рассмотрел пре-мРНК. Если ответ не очень полезен для спрашивающего, он может быть интересен другим.

Старт- и стоп-кодоны в зрелой мРНК

Общая картина инициации и терминации биосинтеза белка у эукариот (бактерии и археи различаются) описана Шоном и может быть найдена в стандартных текстах ¹ . В большинстве случаев первая AUG с 5'-конца мРНК распознается как 'стартовый' сигнал для синтеза белка комплексом инициации рибосомно-субъединицы, который сканирует вдоль от кэпа, в соответствии с моделью Козака ² ; и любой из трех терминирующих кодонов, встречающихся в рамке считывания, распознается как «стоп» и (почти) неизменно приводит к терминации полипептидной цепи.

НАЧАЛО ИСКЛЮЧЕНИЕ 1
Как уже упоминалось, примерно в 5% мРНК определенные аспекты окружения первой AUG с 5'-конца приводят к ее игнорированию комплексом, а вставка метионина и начало синтеза белка происходит во второй ( или возможно даже последующий) AUG. ²

НАЧАТЬ ИСКЛЮЧЕНИЕ 2
Было обнаружено, что некоторые эукариотические вирусы инициируют внутреннюю трансляцию мРНК с помощью механизма, отличного от метода 5'-сканирования. Это включает в себя «внутренний сайт входа рибосомы» — IRES. Впоследствии выяснилось, что небольшое подмножество мРНК хозяина обладает IRES и может инициировать внутреннюю трансляцию. К ним относятся некоторые факторы роста, факторы транскрипции и факторы трансляции. ³ Такие (редкие) мРНК, таким образом, могут иметь несколько AUG в своей 5'-нетранслируемой области.

Хотя можно представить себе мРНК с несколькими IRES и, таким образом, кодирующую несколько разных белков (аналогично бактериальной полицистронной мРНК), этого, по-видимому, не происходит. Поразительно, например, что полиовирусная РНК имеет только один IRES для начала синтеза одного крупного полипротеина, из которого путем протеолиза она генерирует множество белков. Казалось бы, основная цель этой альтернативной инициации состоит в том, чтобы дать возможность синтезу белка протекать в отсутствие 5'-кэпа.

СТОП ИСКЛЮЧЕНИЕ 1
Некоторые кодоны AGU распознаются специфической тРНК, которая вставляет селеноцистеин в полипептидную цепь. Некоторый аспект окружения этих кодонов заставляет их игнорироваться системой терминации белка, и рибосома продолжает трансляцию, в конце концов заканчиваясь на последующем стоп-кодоне ⁴ .

СТОП-ИСКЛЮЧЕНИЕ 2
Давно известно, что некоторые бактериальные и эукариотические вирусные мРНК могут увеличивать свой генетический репертуар за счет так называемого «считывания» «дырявых» стоп-кодонов. Это «процентный» эффект, а не «все или ничего», и он приводит к смешению продуктов «нормальной длины» и расширенных продуктов. Теперь ясно, что то же самое явление может происходить в некоторых эукариотических мРНК: довольно часто у Drosophila ⁵ , но также и у млекопитающих ⁶ .

СТОП-КОДОНЫ И 3'-UTR
Мне не ясно, что автор вопроса имеет в виду, говоря: «Всегда ли стоп-кодон является последней последовательностью перед поли-А-хвостом?». Если вопрос заключается в том, могут ли быть дополнительные стоп-кодоны в 3'-UTR между кодоном функциональной терминации и сигналом полиаденилирования AATAAA (фиолетовый на диаграмме Шона), ответ положительный. Глядя на последовательности кДНК некоторых мышечных белков, сделанные несколько лет назад, я обнаружил несколько стоп-кодонов в этой области в каждой из тех, что я смотрел. Конечно, они не выполняют никакой функции, поскольку рибосома уже отошла, но нет никаких причин, по которым они не могут находиться там случайным образом (и в очевидно случайных положениях).

Старт- и стоп-кодоны в пре-мРНК

Я предполагаю, что под пре-мРНК подразумевается исходный транскрипт РНК перед сплайсингом. Нет никаких причин, по которым интрон, который был сплайсирован таким образом, что он не появляется в окончательной мРНК, не должен содержать стартовые или стоп-кодоны, которые, если бы их не удалили, изменили бы рамку считывания. Многие делают.

Более интересная ситуация возникает при альтернативном сплайсинге с образованием разных транскриптов мРНК, кодирующих разные белки. Актуальна ситуация со стартовыми кодонами, когда белки различаются своими N -концами, и со стоп-кодонами, где белки различаются своими С -концами. Последние довольно распространены, но встречаются и первые, особенно там, где существуют альтернативные формы белка с сигнальным пептидом и без него ⁷ . В этих случаях стартовые или стоп-кодоны будут присутствовать в обоих экзонах, один из которых в каждом случае подвергается сплайсингу. Проиллюстрированы примеры этого из пары генов дрозофилы :

В обоих случаях кодирующие области выделены оранжевым цветом, а непереведенные области — серым. Тонкие линии представляют положение интронов, которые были сплайсированы. Стрелка представляет направление транскрипции и находится на С-концевой стороне белка. (i) разные N-концы для альтернативных продуктов гена vha14-2; (ii) Различные С-концы для альтернативных продуктов гена vhaSFD. ⁹