Существует ли отбор против длинных белков и длинных генов?

Фоновая мысль

Титин и ТТН

Титин — самый большой белок в геноме человека, содержащий 33423 аминокислоты. Титин кодируется геном TTN, который должен быть не менее 3 ⋅ 33423 ≈ 100 к б длинная. Глядя на запись NCBI для гена TTN, видно, что TTN на самом деле имеет длину около 240 КБ.

Скорость транскрипции

Средняя скорость транскрипции ( Ref. ) составляет около 1,5 КБ в минуту. Поэтому требуется около 240 к 1,5 к * 60 2,5 часа для транскрипции TTN в мРНК. Затем эту мРНК необходимо подвергнуть сплайсингу, прежде чем она станет доступной для трансляции. Как следствие, я не думаю, что перевод может происходить одновременно с транскрипцией, но вполне может быть неверным.

Скорость перевода

Скорость трансляции составляет около 8,4 аминокислот в секунду ( Ref. ). Поэтому требуется около 33423 8.4 ⋅ 3600 ≈ 1 час, чтобы перевести белок. Конечно, несколько рибосом могут транслировать мРНК одновременно, но остается фактом, что для синтеза хотя бы одного белка требуется 1 час.

Транскрипция + скорость трансляции

Если предположить, что трансляция не происходит одновременно с транскрипцией, общее время создания первого белка тайтина составляет около 3,5 часов.

Период полураспада

Период полураспада типичного человеческого белка составляет 6,9 часа ( ссылка ). Интуитивно я ожидал бы отрицательной корреляции между размером мРНК и временем полужизни мРНК.

Период полувыведения и транскрипция + скорость трансляции

Поскольку время образования первого белка составляет примерно половину периода полураспада, это означает, что четверть каждой продуцируемой мРНК никогда не даст ни одного белка, потому что она будет деградировать до или после начала трансляции.

Звучит как важная стоимость, и было бы удивительно, если бы ген или белок могли быть длиннее.

Вопрос

Имеются ли доказательства отбора против длинных белков и длинных генов?

Существуют ли белки, которые намного длиннее тайтина у других видов?

Преувеличиваю ли я стоимость, которую она представляет, либо не принимая во внимание, что средняя скорость (такая как скорость транскрипции) не является репрезентативной для фактической скорости для типично длинного гена/белка, либо предполагая, что создание тонн мРНК, которые будут успешными, обходится дорого? никогда не будет переведено?

Вы забываете, что на одной мРНК было бы много рибосом. Кроме того, может быть несколько РНК-полимераз, транскрибирующих ген.
Конечно. По-прежнему остается, что для синтеза самого первого белка требуется 3,5 часа, и я ожидаю, что он выйдет из строя в 25% случаев.
Допустим, требуется 3,5 часа, чтобы сделать один белок с момента инициации транскрипции. Однако тайтин является структурным белком, а не каким-то белком, который должен быстро реагировать на раздражители. Как только белок достигает устойчивого состояния, он просто непрерывно вырабатывается. Представьте событие транскрипции, которое началось в момент времени tи завершилось продукцией белка в момент времени t+3.5h. Допустим, есть еще одно событие транскрипции, которое началось в момент, t+0.1hкогда в конечном итоге образуется белок t+3.6h. Вы получаете белковую молекулу на каждом 0.1h. Вы понимаете мою точку зрения?
Точно так же на мРНК есть несколько рибосом. Если требуется 1h, чтобы одна рибосома прошла через ORF, и, допустим, на мРНК размещено несколько рибосом 0.1h(преобразуйте это в #кодоны), вы в конечном итоге будете получать молекулу белка из молекулы мРНК каждый 0.1час.
Думаю, я понял этот момент. Я понимаю, что можно производить белки с постоянной желаемой скоростью. По-прежнему остается, что большое количество мРНК будет деградировать, не принося никакой пользы, и что большое количество мРНК будет деградировать во время трансляции, оставляя половину синтезированного белка, который также бесполезен. Все это представляет собой стоимость, которая гораздо важнее для длинного гена и длинного белка, чем для короткого гена и короткого белка. Спасибо за вашу помощь!
мРНК могут быть достаточно стабильными.

Ответы (2)

Имеются ли доказательства отбора против длинных белков и длинных генов?

Мне ничего не известно о таких доказательствах, и беглый поиск в Google не выявил исследований, в которых изучалась корреляция между генным отбором и размером гена. Однако чем крупнее ген, тем выше вероятность вредной мутации в указанном гене, поэтому я ожидаю, что существует некоторый предел размера, которого гены могут достичь и оставаться стабильными в ходе эволюции.

Существуют ли белки, которые намного длиннее тайтина у других видов?

На сегодняшний день тайтин является крупнейшим известным белком.

Преувеличиваю ли я стоимость, которую она представляет, либо не принимая во внимание, что средняя скорость (такая как скорость транскрипции) не является репрезентативной для фактической скорости для типично длинного гена/белка, либо предполагая, что создание тонн мРНК, которые будут успешными, обходится дорого? никогда не будет переведено?

Мне очень нравится, как вы оценили временные затраты на производство тайтина. Однако, как вы уже подозреваете, я считаю, что у вас есть несколько недостатков в ваших предположениях.

Во-первых, стабильность мРНК и белков сильно различается и сильно зависит от их последовательностей. Период полураспада белков может варьироваться от минут до лет . Белок Титин имеет период полураспада около 70 часов .

Точно так же стабильность мРНК варьируется от минут до > 12 часов . В частности, было установлено, что бытовые и структурные гены имеют мРНК с длительным периодом полураспада.

Стабильность как белка, так и мРНК определяется не просто случайным распадом, а строго регулируемой деградацией. Для белков примером является убиквитинилирование, которое представляет собой процесс, при котором определенные аминокислотные последовательности распознаются и вызывают убиквитинилирование белка, что, в свою очередь, запускает деградацию через протеасому. Для мРНК вторичная структура имеет решающее значение, поскольку определенные петлевые структуры могут распознаваться РНКазами. Таким образом, среднее время жизни белка/мРНК не помогает оценить фактический оборот конкретного белка.

+1 Спасибо за ваш ответ, это было очень полезно. В дополнение к подтверждению моих быстрых оценок, которые, как я подозревал, могут пойти не так, я особенно понял, что случайный отрицательный экспоненциальный распад не является хорошей моделью распада мРНК. Я ценю, что вы ссылаетесь на мутацию (которая е − ты л , куда ты - частота мутаций на пару оснований и л размер гена в бесконечной популяции), так как это, вероятно, гораздо более важный фактор, чем тот, который я привел в своих быстрых оценках. Спасибо
Я ожидаю, что гены с большей вероятностью вредной мутации окажутся под более сильным эволюционным давлением. В документе genome.cshlp.org/content/24/9/1497.full говорится, что «более длинные гены с меньшей вероятностью будут производить дубликаты и с большей вероятностью будут демонстрировать альтернативный сплайсинг».

В связи с вашими вопросами: известно одно: старые гены, т. е. гены, появляющиеся раньше в эволюции, длиннее новых. Кроме того, новые гены развиваются быстрее, чем старые. Таким образом, новые гены обычно короткие и имеют тенденцию увеличиваться со временем.

Обратная связь между скоростью эволюции и возрастом генов млекопитающих

Существует ли отбор против длинных белков и длинных генов?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v