English
!

Доклады

О природе доминирующих кодонов белок-кодирующих генов живых организмов

Комаров В.М., Самченко А.А., Кондратьев М.С.

Институт биофизики клетки РАН, Пущино, Московская обл., ул.Институтская д.3

К настоящему времени устоялось мнение, что в условиях вырожденности генетического кода предпочтительность использования кодонов (codon usage bias) в генетических процессах про- и эукариот есть сложившийся баланс действия двух сил – влияния естественного отбора и мутационного «давления». Вместе с тем поиску возможной физической первопричины, лежащей в основе данного явления, не уделяется на наш взгляд, должное внимание.

Раннее в своих работах мы уже указывали на важную роль «скрытой» неоднозначности формы комплементарного Н-спаривания азотистых оснований в инициировании наблюдаемых особенностей структурно-функциональной организации молекул нуклеиновых кислот. В данном исследовании свойственный GC Уотсон-Криковским парам исходно высокий, 4-кратный полиморфизмом водородного связывания оснований, по сравнению с 2-кратным полиморфизмом АТ-пар рассматривается как наиболее вероятный структурный фактор, значительно регламентирующий нуклеотидный состав предпочтительных кодонов в белок-кодирующих генах живых организмов. Для решения этого вопроса нами с использованием методов сравнительной геномики был выполнен частотный анализ встречаемости всех 64 кодонов в генах широкого представительства про- и эукариот, охватывающего масштабный диапазоном размеров их геномов (от 1,6 Mb до 140 000 Mb). В качестве примера реликтовых эукариот были взяты геномы амебы (Amoeba proteus), тихоходки (Targidrada), мечехвоста (Limulus Polyphemus), моллюска (Nautilus pompilius). Примерами других эукариот, и вместе с ними прокариот были геномы человека (Homo sapiens), шимпанзе (Pan triglodites), мыши (Mus musculis), мраморной двоякодышащей рыбы (Protopterus aethiopicus), лягушки (Xenopus tropicalis), мухи (Drosophila melanogaster), цветка (Arabidopsis thaliana), клеточного слизевика (Dictyostelium discoideum), паразита (Leishmania major), дрожжей (Saccharomyces cerevisiae), малярийного паразита (Plasmodium farciparum), бактерии (Escherichia coli) и очень маленькой бактерии (Candidatus Pelagibacter). Использовались база данных GenBank и ресурс www.kazusa.or.jp/codon.

Полученные результаты в целом подтвердили сделанное предположение. Было показано, что в составе белок-кодирующих генов всех организмов предпочтительными оказываются кодоны, где во втором положении находится либо А либо Т(U) основание. Т.е. по сути здесь обозначились именно те основания, которым свойственен исходно низкий структурный полиморфизм комплементарного Н-спаривания и которые, таким образом, обеспечивают более четкую фиксацию структуры центрального звена системы «замок-ключ» (кодон-антикодон) функциональных комплексов ДНК-мРНК, мРНК-тРНК, тРНК-рРН. При этом, детализация типов кодонов выявила превалирование спирале-инициирующих и спирале-терминирующих аминокислот глобулярных белков у всех эукариот, коррелирующее с высокой концентрацией гистонов в составе их хроматина. Для митохондриальных генов получено резкое обеднение количества таких аминокислот в предпочтительных кодонах.

Материалы доклада

© 2004 Дизайн Лицея Информационных технологий №1533