Úvod

genetický kód byl definován jako zvrhla na základě Crick je zmrazené nehoda teorie (Crick, 1968). Aminokyseliny představují různé začlenění frekvence; nicméně, specifických kodonech musí být odpovědný za řádné dodání a zabudování do rodící se polypeptidový řetězec (Woese et al., 2000). Degenerace genetického kódu není statická a její dynamika může být identifikována neobvyklými aminokyselinami. Jedním z příkladů je selenocysteinu (Sec, U), znějící jako dvacet-první aminokyseliny objeveny v počátku ‚ 80, který je co-tradičně začleněna do rámu pomocí UGA-kodon uznání (Diamond et al., 1981). Tento kodon je kanonicky identifikován jako stop-kodon; buněčné stroje však našly způsob, jak změnit tento význam na pozici inkorporace aminokyselin. Je zajímavé, že UAG-kodon, další stop-kodon, může být rozpoznán jako Sec nebo pyrrolysin (Pyl, O), další nekanonická ko-tradičně začleněná aminokyselina (Srinivasan et al., 2002).

v Průběhu let, molekulární mechanismus, který umožňuje UGA-zkreslení pro Sec začlenění bylo určené jako závislá na konkrétní mRNA prvek a to SECIS (Inkorporace Selenocysteinu Sekvence). Tato unikátní sekvence v mRNA záhyby ve vlásenkové konformaci po proudu, u Bakterií, nebo na 3′ untranslated region–3’UTR v Archaea a Eukarya, mění výklad z kanonických UGA-stop kodony, aby UGA-Sec zabudování (Su et al., 2005). Celý Sec začlenění mechanismu je plně popsán u bakterií, kde SECIS element je rozložil do pohybu ribozomu během procesu překladu v přítomnosti specifické prodloužení faktorem pro Sec zabudování (SelB nebo EFSec) (Fischer et al., 2016). Mechanismus umístění SECIS na vrcholu polohy Uga-kodonu během začlenění Sec v Archaea a Eukarya je však stále neznámý.

další zvláštností týkající se Sec je tRNA specifická pro Sec. Na tRNASec je přítomen ve většině organismů a mají různé „8+5“ (Bakterie) nebo „9+4“ (Archaea/Eukarya) cloverleaf konformaci ve srovnání s tradiční „7+5“ akceptor/TψC-smyčka násobné (Serrão et al., 2018). Je zřejmé, že UCA-antikodon je dalším klíčem pro svou specifičnost, která zahrnuje také nejdelší variabilní rameno. Každá specifická charakteristika je rozhodující pro zrání tRNA a zatížení během cesty biosyntézy Sec.

Zpočátku, tRNASec není načten s Sec aminokyselin, ale s serin (Ser, S) seryl-tRNA syntetázy (SerRS), což v meziprodukt Ser-tRNASec. Amino-acyl tRNA syntetázy jsou obvykle vysoce specifické enzymy, které rozpoznávají jedinečné molekuly tRNA, aby se nabíjely svými specifickými aminokyselinami. Nicméně, SerRS je třídy II amino-acyl tRNA syntetázy, že má zvláštní uznání proti akceptor a dlouho proměnné ruku od Ser a/nebo Sec tRNA, která poskytuje non-specifičnost proti anti-kodonu (Schimmel a Soll, 1979).

střední Ser-tRNASec je doručena selenocysteinu syntázy–SelA v Bakterie–nebo phosphoseryl-tRNA kinázy–PSTK v Archaea/Eukarya–pro Ser/Sec konverze. V bakteriích je homodekamerický Sela, enzym závislosti pyridoxal-5′ – fosfát (PLP), zodpovědný za tuto konverzi tvořící ternární komplex 1,3 MDa (Silva et al ., 2015). Tento přechodný komplex je sestaven interakcí mezi SelA.Ser-tRNASec binární komplex a enzym jménem selenophosphate syntetázy (SelD), odpovědné za poskytování selen dárce–selenophosphate–a poskytuje katalytické kapsy získat zralé Sec-tRNASec (Silva et al., 2015). Sloučeniny selenu jsou cytotoxické, což může vyžadovat vyhrazený mechanismus, aby se zabránilo buněčné smrti. Alternativou k udržení nízké úrovně toxicity je recyklace sloučeniny selenu do biologického a užitečného zdroje jako selenofosfát. Tento převod se týká non-Sec dráha-specifický enzym–selenocysteinu lyasy (CsdB)–disky Sec recyklace na selenid, který je vysoce toxický pro buňky. Výsledky naznačují, že CsdB.SelD interaguje k ochraně životního prostředí a katalyzuje fosforylaci selenu bez ohledu na organismy (Itoh et al ., 2009).

na druhou stranu, v Archaea a Eukarya je biosyntéza Sec odlišná a rozdělena do dvou odlišných kroků. Počáteční zbytek Ser přítomný v ser-trnasecu je fosforylován PSTK, což má za následek meziprodukt o-fosposeryl-(Sep) – tRNASec. Po konverzi, o-phosphoseryl-tRNASec selen transferázy (SepSecS–PLP-dependentní enzym) provádí Sep/Sec konverzi, což má za následek zralé Sec-tRNASec (Liu et al., 2014). Biologická sloučenina selenu se dodává, jak je uvedeno pro bakterie.

dalším hlavním rozdílem mezi Sec a jinými aminokyselinami je proces inkorporace. Zralé Sec-tRNASec je uznáván a konkrétně dodáno do ribozomální stroje unikátní prodloužení faktorů (SelB nebo EFSec), které mají schopnost nejen rozpoznat tradiční molekuly aminokyseliny, začlenění, tj. L30 ribozomální podjednotku a tRNA, ale také rozpoznat SECIS a/nebo SECIS-vazebné proteiny (SBPs) (Fletcher et al., 2001). SBP jsou proteiny založené v Eukaryi, které identifikují prvky SECIS na 3 ‚ – UTR a pomáhají jeho interakci s eEFSec pro začlenění Sec (Fletcher et al., 2001). U bakterií je SelB schopen identifikovat všechny tři elementy (ribozom, zralý tRNASec a SECIS element). Tento mechanismus je klíčem, který umožňuje nesprávnou interpretaci UGA a zavádí Sec jako součást vznikajícího polypeptidu. Tento mechanismus inspiroval vědce v novém úsilí pochopit a použít tuto expanzi genetického kódu ke zlepšení proteinového inženýrství a syntetické biologie (Miller et al ., 2015). Mutace a chiméry umožnily nespecifické začlenění aminokyselin do různých kodonů, tj. provést začlenění kanonické aminokyselin v UGA-kodonu pomocí prodloužení faktorů (EFTu) mísil s SelB-Cterminal doména, zodpovědná za SECIS uznání, jako příklad (Soll, 2015). Další zlepšení v syntetické biologii probíhají a výsledky budou inspirovat, a důvody prolomit toto pole v téměř budoucnosti.

kromě toho, plné pochopení tohoto začlenění mechanismu je v současné době pomáhá protein proces inženýrství a syntetické biologie, což umožňuje „nové expanzi“ genetického kódu tím, že manipuluje začlenění aminokyselin (Mukai et al., 2017).

Sec je jedním z příkladů této expanze, kterou příroda učinila pro zvýšení variability proteinů, funkce a také zabraňuje buněčné toxicitě. Plně pochopení tohoto mechanismu může nám pomoci pochopit, bílkovin vývoj procesů a makromolekulárních interakcí, které nám umožní navrhnout nové metody a způsoby, jak rozšířit možnosti syntetické biologie.

Diskuse

důležitost a jedinečnost Sec zapracování prodloužení faktorem jsou zvýrazněny, když je složitý systém byl plně popsán v 30 letech rozsáhlého výzkumu. Aspekty, jako je to, jak může regulovat expresi selenoproteinů při oxidačním stresu nebo jak sledovat nesprávnou interpretaci Uga-stop, jsou fascinující pro pochopení a rozšíření genetického kódu. Nové způsoby přepisování nebo interpretace stejných informací rozšíří hranice genetického kódu nejen zvýšením rozmanitosti a možností v proteinovém inženýrství, ale také vytvořením nových poznatků pro kodifikaci specifických enzymů a proteinů. Celá cesta biosyntézy Sec je jedinečná, nicméně rozpoznávání EF-UGA je hlavním důvodem, proč se Sec liší. EF obvykle rozpoznává inkorporační zařízení ve správné poloze pro inkorporaci aminokyselin.

tento mechanismus lze navíc použít k zodpovězení otázek týkajících se účinnosti, přesnosti a zachování procesu inkorporace mezi různými druhy. Začlenění Sec se liší hlavně díky SelB, speciálnímu EF, který umožňuje rozpoznávání Uga-Sec na základě prvku mRNA. Evoluční, Sec-EF změnil poznat jiného partnera, který pomáhá, aby se správně řídit Sec-tRNASec do ribozomální dutiny, což tento proces efektivnější.

jak již bylo zmíněno, vědci již začali chápat a používat stroje Sec k vytvoření chimér, které nám umožňují změnit rozpoznávání kodonu. Další studie v EFs a jeho interakcích pomocí SelB / eEFSec jako příkladu nás mohou vést k novým poznatkům v nové éře genetické expanze.

Autor Příspěvky

Všichni autoři uvedených mít podstatné, přímé a intelektuální příspěvek k práci, a to schválil ke zveřejnění.

střet zájmů

autoři prohlašují, že výzkum byl proveden bez jakýchkoli obchodních nebo finančních vztahů, které by mohly být vykládány jako potenciální střet zájmů.