Introduction

遺伝コードは、クリックの凍結事故理論（Crick、1968）に基づいて縮退したものと定義されました。 アミノ酸は異なる取り込み頻度を示す；しかし、特定のコドンは、新生ポリペプチド鎖への適切な送達および取り込みに関与しなければならない（Woese et al., 2000). 遺伝コードの変性は静的ではなく、そのダイナミズムは非通常のアミノ酸によって同定することができる。 １つの例は、８ ０年代初期に発見された２ １番目のアミノ酸として定義されたセレノシステイン（Ｓｅｃ，Ｕ）であり、これはＵＧＡ−コドン認識を使用してフレーム中に共伝統的に組み込まれている（Ｄｉａｍｏｎｄ ｅ ｔ ａ ｌ．, 1981). このコドンはストップコドンとして標準的に同定されているが、細胞機構はこの意味をアミノ酸の取り込み位置に変える方法を見出した。 興味深いことに、ＵＡＧ−コドン、別の停止コドンは、Ｓｅｃまたはピロリシン（Ｐｙｌ，Ｏ）、別の非標準的な共伝統的に組み込まれたアミノ酸（Ｓｒｉｎｉｖａｓａｎ ｅ ｔ ａ ｌ．, 2002).

長年にわたり、Sec取り込みのためのUGA誤解を可能にする分子機構は、特定のmRNA要素、すなわちSECIS（セレノシステイン取り込み配列）に依存していると同定された。 下流のヘアピン立体配座中、細菌中、または古細菌および真核生物中の３’非翻訳領域−３’ＵＴＲ中のｍＲＮＡフォールド中のこのユニークな配列は、正規ＵＧＡ−停止コドンからＵＧＡ−Ｓｅｃ取込みへの解釈を変化させる（Ｓｕ ｅ ｔ ａ ｌ．，２ ０ ０ ２）。, 2005). 全体のＳｅｃ取り込み機構は、細菌に完全に記載されており、ここで、ｓｅｃｉｓ要素は、ｓｅｃ取り込みのための特定の伸長因子（ＳｅｌｂまたはＥｆｓｅｃ）の存在下で、翻訳過程の間にリボ, 2016). しかし、古細菌や真核生物におけるSec取り込み中にUGA-コドン位置の上部にSECISが配置されるメカニズムはまだ不明である。Ｓｅｃを含む別の特殊性は、Ｓｅｃ特異的ｔＲＮＡである。

ＴＲＮＡｓｅｃは、ほとんどの生物に存在し、伝統的な「７＋５」受容体／Ｔ Β Ｃループ倍と比較して、異なる「８＋５」（細菌）または「９＋４」（古細菌／真核生物）クローバーリーフ構造を有する（Ｓｅｒｒａｎｏ ｅ ｔ ａ ｌ．, 2018). 明らかに、UCA-anticodonはその特異性のためのもう一つの鍵であり、最長の可変アームも含まれています。 それぞれの特異的な特性は、ｓｅｃ生合成経路中のｔＲＮＡ成熟および負荷に重要である。

最初に、tRNASecはSecアミノ酸ではなく、セリル-tRNA合成酵素（SerRS）によってセリン（Ser、S）がロードされ、中間体Ser-tRNASecが得られる。 通常、アミノ-アシルtRNA合成酵素は、特異的なtrna分子を認識し、それらの特異的なアミノ酸を担持する高度に特異的な酵素である。 しかしながら、Ｓｅｒｒｓは、クラスＩ Ｉアミノ−アシルｔ ＲＮＡ合成酵素であり、これは、受容体およびＳｅｒおよび／またはＳｅｃ ｔ ＲＮＡからの長可変アームに対して特定の認識を有し、抗コドンに対して非特異性を提供する（Ｓｃｈｉｍｍｅｌ ａｎｄ Ｓｏｌｌ，１ ９ ７ ９）。中間体Ser-tRNASecは、ser/Sec変換のために、細菌中のセレノシステイン合成酵素–SelA–または古細菌/真核生物中のホスホセリル-tRNAキナーゼ–PSTKに送達される。

中間体Ser–tRNASecは、ser/Sec変換のために、細菌中のセレノシステイン合成酵素-SelA-または古細菌/真核生物中のホスホセリル-tRNAキナーゼ- 細菌では、ピリドキサール-5′-リン酸（PLP）依存性酵素であるホモデカメリックSelAは、三元1.3MDa複合機を形成するこの変換の原因である（Silva et al., 2015). この過渡複合体はＳｅｌａ間の相互作用によって組み立てられる。Ｓｅｒ−ｔｒＮＡｓｅｃ二成分複合体およびセレノホスフェート合成酵素（Ｓｅｌｄ）という名前の酵素は、セレン供与体−セレノホスフェート−を送達する責任があり、成熟したＳｅｃ−ｔｒＮＡｓｅｃを得るた, 2015). セレン化合物は細胞傷害性であり、細胞死を回避するために専用の機構を必要とする可能性がある。 低毒性のレベルを保つ代わりはselenophosphateとして生物的で、有用な源にセレンの混合物をリサイクルしています。 この変換は、非Sec経路特異的酵素-セレノシステインリアーゼ（CsdB）-細胞にとって非常に有毒であるセレン化物にSecリサイクルを駆動する必要があります。 結果は、CsdBことを示唆しました。SelDは環境を保護するために相互作用し、生物に関係なくセレンのリン酸化を触媒する（Itoh et al., 2009).

別の手では、古細菌とEukaryaではSec生合成は異なり、二つの区別されたステップに分かれています。 Ser-tRNASec中に存在する最初のSer残基はPSTKによってリン酸化され、中間体o-ホスポセリル-(Sep)-tRNASecが得られる。 変換後、ｏ−ホスホセリル−ｔＲＮＡｓｅｃセレン転移酵素（Ｓｅｐｓｅｃ−Ａ ＰＬＰ依存性酵素）は、Ｓｅｐ／Ｓｅｃ変換を行い、成熟したＳｅｃ−ｔＲＮＡｓｅｃを生じる（Ｌｉｕ ｅ ｔ ａ ｌ．, 2014). 生物学的セレン化合物は、細菌のために言及されたように送達される。Secと他のアミノ酸とのもう一つの主な違いは、取り込みプロセスです。

Ｓｅｃ−ｔＲＮＡｓｅｃは、アミノ酸取り込みのための伝統的な分子、すなわち、Ｌ３ ０リボソームサブユニットおよびｔＲＮＡを認識するだけでなく、ＳＥＣＩＳおよび／またはＳＥＣＩＳ結合タンパク質（Ｓｂｐ）を認識する能力を有するユニークな伸長因子（ＳｅｌｂまたはＥｆｓｅｃ）によって、リボソーム機械に認識され、特異的に送達される（Ｆｌｅｔｃｈｅｒ ｅ ｔ ａ ｌ．, 2001). ＳＢＰは、３’−ＵＴＲ上のＳＥＣＩＳ要素を同定し、Ｓｅｃの取り込みのためにＥＥＦＳＥＣとの相互作用を助ける真核生物に由来するタンパク質である（Ｆｌｅｔｃｈｅｒ ｅ ｔ ａ ｌ．, 2001). 細菌では、SelBはすべての三つの要素（リボソーム、成熟tRNASecとSECIS要素）を同定することができます。 この機構は、UGA-誤解を可能にし、新生ポリペプチドの一部としてSecを導入する鍵である。 このメカニズムは、タンパク質工学および合成生物学を改善するために、この遺伝コード拡張を理解し、使用するための新たな努力の研究者に影響を与, 2015). 変異とキメラは、異なるコドンへのアミノ酸の非特異的取り込みを可能にした。 例えば、ＳＥＣＩＳ認識を担うＳｅｌｂ−Ｃ末端ドメインと融合した伸長因子（Ｅｆｔｕ）を用いてｕｇａ−コドンでの正準アミノ酸の取り込みを行う（Ｓｏｌｌ，２ ０ １ ５）。 合成生物学のさらなる改善は進行中であり、結果は刺激を与え、そして根拠はほぼ将来この分野を壊すでしょう。

さらに、この取り込みメカニズムの完全な理解は、現在、アミノ酸の取り込みを操作することにより、遺伝コードの”新しい拡張”を可能にする、タンパク質工学プロセスと合成生物学を支援している（Mukai et al., 2017).

Secは、自然がタンパク質の変動性を増加させるために作られたこの拡張の一例であり、機能し、また細胞毒性を防止する。

Secは、この拡張の一例であ このメカニズムを十分に理解することで、タンパク質の進化過程や高分子相互作用を理解することができ、合成生物学に可能性を広げる新しい方法や方法を設計することができるかもしれません。

Discussion

複雑なシステムが完全に広範な研究の30年に記述されたときにSec取り込み伸長因子の重要性と一意性が強調されています。 酸化ストレス下でセレノプロテインの発現をどのように調節できるか、またはUGA-stopの誤解を追求する方法のような側面は、遺伝コードを理解し、拡大す 同じ情報を書き直したり解釈したりする新しい方法は、タンパク質工学の多様性と可能性を高めるだけでなく、特定の酵素やタンパク質を成文化するための新しい洞察を生み出すことによって、遺伝コードのフロンティアを拡大するでしょう。 Sec生合成経路全体はユニークですが、EF-UGA認識がSecが異なる主な理由です。 EFは、通常、アミノ酸の取り込みのための適切な位置に取り込み機械を認識します。さらに、このメカニズムは、異なる種間の取り込みプロセスの効率、正確さ、および保存に関する質問に答えるために使用することができます。

Ｓｅｃの取り込みは、主に、ｍＲＮＡ要素に基づくＵＧＡ−Ｓｅｃ認識を可能にする特別なＥＦであるＳｅｌｂのために異なっている。 進化的に、Sec-EFは、Sec-tRNASecをリボソーム腔に適切に導くのに役立つ別のパートナーを認識するように変更され、このプロセスをより効率的にした。

前述したように、研究者はすでにSec機械を理解して使用して、コドンの認識を変更できるキメラを作成し始めました。 例としてSelB/eEFSecを用いたEFsとその相互作用のさらなる研究は、新しい遺伝的拡張時代における新しい洞察を導くかもしれない。

著者の貢献

リストされているすべての著者は、仕事に実質的な、直接的かつ知的な貢献をし、出版のためにそれを承認しました。

利益相反

著者らは、この研究は、潜在的な利益相反と解釈される可能性のある商業的または財政的関係がない場合に行われたと宣言し