Bevezetés

a genetikai kód definiáltuk degenerált alapuló Crick fagyasztott baleset elmélet (Crick, 1968). Az aminosavak különböző beépülési frekvenciákat mutatnak; azonban a specifikus kodonoknak felelősnek kell lenniük a kialakulóban lévő polipeptidláncba történő megfelelő szállításért és beépülésért (Woese et al., 2000). A genetikai kód degenerációja nem statikus, dinamizmusa nem szokásos aminosavakkal azonosítható. Az egyik példa a szelenocisztein (Sec, U), huszonegyedik aminosavként denominálva, amelyet a 80-as évek elején fedeztek fel, amelyet hagyományosan UGA-kodon felismeréssel építenek be a keretbe (Diamond et al., 1981). Ezt a kodont kanonikusan stop-kodonként azonosítják; a sejtgép azonban megtalálta a módját, hogy ezt a jelentést aminosav-beépülési helyzetbe változtassa. Érdekes módon az UAG-kodon, egy másik stop-kodon, felismerhető Sec vagy pirrolizin (Pyl, O), egy másik nem kanonikus, hagyományosan beépített aminosav (Srinivasan et al., 2002).

az évek során a molekuláris mechanizmust, amely lehetővé teszi az UGA-félreértelmezést a Sec beépüléséhez, egy specifikus mRNS elemtől, nevezetesen a SECIS-től (Szelenocisztein beépülési szekvencia) függ. Ez az egyedülálló szekvencia az mRNS redők egy hajtű konformáció downstream, a baktériumok, vagy a 3′ lefordítatlan Régió–3 ‘ UTR Archaea és Eukarya, változó értelmezése a kanonikus UGA-stop kodon UGA-Sec beépítése (Su et al., 2005). A teljes sec beépülési mechanizmust teljes mértékben leírják a baktériumokban, ahol a SECIS elemet a transzlációs folyamat során a riboszóma mozgása bontja ki egy specifikus megnyúlási tényező jelenlétében a Sec beépüléséhez (SelB vagy EFSec) (Fischer et al., 2016). Azonban a SECIS pozicionálás mechanizmusa az UGA-kodon pozíció tetején az Archaea és Eukarya sec beépítése során még nem ismert.

A Sec másik sajátossága a Sec-specifikus tRNS. A tRNASec a legtöbb organizmusban jelen van, és eltérő “8+5” (baktériumok) vagy “9+4” (Archaea/Eukarya) lóhere levele konformációval rendelkezik, összehasonlítva a hagyományos “7+5” akceptorral/t ons-hurokhajtással (Serr Xhamo et al., 2018). Nyilvánvaló, hogy az UCA-anticodon egy másik kulcs a specifikusságához, amely magában foglalja a leghosszabb változó karot is. Mindegyik specifikus jellemző kritikus a tRNS érése és terhelése szempontjából a Sec bioszintézis útvonala alatt.

kezdetben a tRNASec nem töltődik be Sec aminosavval, hanem szerinnel (Ser, S) a szeril-tRNS szintetáz (SerRS), ami köztes Ser-tRNASec-et eredményez. Általában az amino-Acil-tRNS-szintetázok nagyon specifikus enzimek, amelyek felismerik az egyedi tRNS-molekulákat, hogy azok specifikus aminosavakkal töltődjenek fel. A SerRS azonban egy II. osztályú amino-Acil-tRNS szintetáz, amely különleges felismeréssel rendelkezik az akceptorral és a ser és/vagy Sec tRNS hosszú változó karjával szemben, ami nem specifikusságot biztosít az anti-kodonnal szemben (Schimmel and Soll, 1979).

a köztes Ser-tRNASec–et a Szelenocisztein–szintáz-SelA–ba szállítják baktériumokban–vagy foszfoszeril-tRNS-kináz-PSTK-Ba Archaea/Eukarya-ban-Ser/Sec átalakítás céljából. Baktériumokban a homodekamerikus SelA, egy piridoxál-5 ‘ – foszfát (PLP) függőségi enzim felelős ezért az átalakulásért, amely egy ternáris 1,3 MDa komplex gépet képez (Silva et al., 2015). Ezt az átmeneti komplexet a SelA közötti kölcsönhatás állítja össze.Ser-tRNASec bináris komplex és egy szelenofoszfát–szintetáz (SelD) nevű enzim, amely felelős a szelén donor–szelenofoszfát-szállításáért, és biztosítja a katalitikus zsebet az érett Sec-tRNASec előállításához (Silva et al., 2015). A szelénvegyületek citotoxikusak, ami külön mechanizmust igényelhet a sejthalál elkerülése érdekében. Az alacsony toxicitási szint fenntartásának alternatívája a szelénvegyület biológiai és hasznos forrássá történő újrahasznosítása szelenofoszfátként. Ez az átalakítás egy nem Sec útvonal-specifikus enzimet-szelenocisztein–liázt (CsdB)–tartalmaz, amely a SEC újrahasznosítását szeleniddé alakítja, amely nagyon mérgező a sejtekre. Az eredmények azt sugallták, hogy a CsdB.A SelD kölcsönhatásba lép a környezet védelme érdekében, és katalizálja a szelén foszforilációját az organizmusoktól függetlenül (Itoh et al., 2009).

másrészt az Archaea és Eukarya esetében a Sec bioszintézise eltérő, és két különböző lépésre oszlik. A ser-tRNASec-ben jelen lévő kezdeti ser-maradékot PSTK foszforilezi, ami köztes o-foszposzeril – (Sep) – tRNASec-et eredményez. Az átalakulást követően az o-foszfozeril-tRNASec szelén transzferáz (Sepsec–egy PLP-függő enzim) végzi a Sep/Sec átalakítást, amelynek eredményeként az érett Sec-tRNASec (Liu et al., 2014). A biológiai szelénvegyületet a baktériumok esetében említettek szerint szállítják.

egy másik fő különbség a Sec és más aminosavak között a beépülési folyamat. Az érett Sec-tRNASec-et egyedi megnyúlási faktorok (SelB vagy EFSec) ismerik fel és juttatják be a riboszomális gépbe, amelyek nemcsak a hagyományos aminosavak beépülését, azaz az L30 riboszomális alegységet és a tRNS-t képesek felismerni, hanem felismerik a SECIS és/vagy SECIS-kötő fehérjéket (SBP-k) is (Fletcher et al., 2001). Az SBP-k az Eukarya-ban alapított fehérjék, amelyek azonosítják a SECIS elemeket a 3′-UTR-en, és segítik annak kölcsönhatását az eEFSec-kel a Sec beépülése érdekében (Fletcher et al., 2001). A baktériumokban a SelB képes azonosítani mindhárom elemet (riboszóma, Érett tRNASec és SECIS elem). Ez a mechanizmus a kulcs, amely lehetővé teszi az UGA-félreértelmezést, és bevezeti a SEC-t a születő polipeptid részeként. Ez a mechanizmus inspirálta a kutatókat az új erőfeszítésekben, hogy megértsék és használják ezt a genetikai kód kiterjesztést a fehérjetechnika és a szintetikus biológia javítására (Miller et al., 2015). A mutációk és a kimérák lehetővé tették az aminosavak nem specifikus beépülését a különböző kodonokba, pl., végezze el a kanonikus aminosavak beépülését az UGA-kodonba a szelb-Cterminal doménnel fuzionált megnyúlási tényezők (EFTu) alkalmazásával, amely felelős a SECIS felismeréséért (Soll, 2015). A szintetikus biológia további fejlesztése folyamatban van, és az eredmények inspirálni fogják, és a közeljövőben megszakítják ezt a területet.

Ezen túlmenően, ennek a beépülési mechanizmusnak a teljes megértése jelenleg segíti a fehérje mérnöki folyamatot és a szintetikus biológiát, lehetővé téve a genetikai kód” új kiterjesztését ” az aminosavak beépülésének manipulálásával (Mukai et al., 2017).

Sec egy példa erre a terjeszkedés, hogy a természet tette, hogy növelje a variabilitás a fehérjék, funkció, valamint megakadályozza a sejt toxicitás. Ennek a mechanizmusnak a teljes megértése segíthet megérteni a fehérje evolúciós folyamatokat és a makromolekuláris kölcsönhatásokat, amelyek lehetővé teszik számunkra, hogy új módszereket és módszereket tervezzünk a lehetőségek szintetikus biológiára való kiterjesztésére.

megbeszélés

a SEC beépítési nyúlási tényező fontosságát és egyediségét hangsúlyozzák, amikor a komplex rendszert 30 éves kiterjedt kutatás során teljes körűen leírták. Az olyan szempontok, mint például, hogy hogyan szabályozhatja a szelenoproteinek expresszióját oxidatív stressz alatt, vagy hogyan lehet folytatni az UGA-stop félreértelmezést, lenyűgözőek a genetikai kód megértéséhez és kibővítéséhez. Ugyanazon információ átírásának vagy értelmezésének új módjai kibővítik a genetikai kód határait, nemcsak a fehérjetechnika sokféleségének és lehetőségeinek növelésével, hanem új betekintést is teremtenek a specifikus enzimek és fehérjék kodifikálásához. Az egész Sec bioszintézis útvonal egyedülálló, azonban az EF-UGA felismerés a fő oka annak, hogy a Sec különbözik. Az EF általában felismeri a beépítő gépet az aminosav beépülésének megfelelő helyzetben.

Ezenkívül ez a mechanizmus felhasználható a beépítési folyamat hatékonyságával, pontosságával és a különböző fajok megőrzésével kapcsolatos kérdések megválaszolására. A Sec beépítése elsősorban a SelB, a speciális EF miatt különbözik, amely lehetővé teszi az UGA-Sec felismerést egy mRNS elem alapján. Evolúciós, A Sec-EF megváltozott, hogy felismerjen egy másik partnert, amely segít a Sec-tRNASec megfelelő vezetésében a riboszomális üregbe, hatékonyabbá téve ezt a folyamatot.

mint korábban említettük, a kutatók már elkezdték megérteni és használni a Sec gépezetét, hogy kimérákat hozzanak létre, amelyek lehetővé teszik számunkra, hogy megváltoztassuk a kodon felismerését. Az EFs-ről és annak kölcsönhatásairól szóló további tanulmányok a SelB/eEFSec példáján keresztül új betekintést nyújthatnak az új genetikai terjeszkedés korszakába.

szerzői hozzájárulások

minden felsorolt szerző jelentős, közvetlen és szellemi hozzájárulást nyújtott a műhöz, és jóváhagyta a közzétételt.

összeférhetetlenség

a szerzők kijelentik, hogy a kutatást olyan kereskedelmi vagy pénzügyi kapcsolatok hiányában végezték, amelyek potenciális összeférhetetlenségnek tekinthetők.