Innledning

den genetiske koden ble definert som degenerert basert på Cricks frozen accident theory (Crick, 1968). Aminosyrer presenterer forskjellige inkorporeringsfrekvenser; imidlertid må spesifikke kodoner være ansvarlige for riktig levering og inkorporering i den naserende polypeptidkjeden (Woese et al., 2000). Den genetiske kodedegenerasjonen er ikke statisk, og dens dynamikk kan identifiseres av ikke-vanlige aminosyrer. Et eksempel er selenocystein (Sec, U), denominert som tjueførste aminosyre oppdaget tidlig på 80-tallet, som er co-tradisjonelt innlemmet i rammen ved hjelp AV EN UGA-kodon anerkjennelse (Diamond et al., 1981). Dette kodonet er kanonisk identifisert som et stoppkodon; cellemaskineriet fant imidlertid en måte å forandre denne betydningen til en aminosyre-inkorporeringsposisjon. Interessant, UAG-kodon, et annet stopp-kodon, kan gjenkjennes Som Sec eller pyrrolysin( Pyl, O), en annen ikke-kanonisk co-tradisjonelt innlemmet aminosyre(Srinivasan et al., 2002).gjennom årene ble den molekylære mekanismen som tillater UGA-feiltolkning for Sec-inkorporering identifisert som avhengig av et spesifikt mRNA-element, NEMLIG SECIS (Selenocystein-Inkorporeringssekvens). Denne unike sekvens i mRNA folder i en hårnål konformasjon nedstrøms, I Bakterier, Eller på 3 ‘uoversatt region-3’ UTR I Archaea og Eukarya, endre tolkningen fra den kanoniske UGA-stop kodon TIL UGA-Sec inkorporering (Su et al., 2005). Hele sec-inkorporeringsmekanismen er fullstendig beskrevet i bakterier, hvor SECIS-elementet utfoldes av ribosombevegelsen under oversettelsesprosessen i nærvær av en spesifikk forlengelsesfaktor For Sec-inkorporering (SelB eller EFSec) (Fischer et al ., 2016). Imidlertid er mekanismen FOR SECIS posisjonering på toppen av UGA-kodonposisjonen under sec inkorporering I Archaea og Eukarya fortsatt ukjent.

En annen særegenhet som involverer Sec er Sec-spesifikke tRNA. TRNASec er tilstede i de fleste organismer og har en annen» 8+5 » (Bakterier) eller «9+4» (Archaea/Eukarya) kløver konformasjon i forhold til den tradisjonelle «7+5» Akseptor/Tψ-loop fold (Serrã et al., 2018). Åpenbart ER UCA-anticodon en annen nøkkel for sin spesifisitet, som også inkluderer den lengste variabelarmen. Hver spesifikk egenskap er kritisk for trna modning og lasting under Sec biosynteseveien.I Utgangspunktet er tRNASec ikke lastet Med En Sec-aminosyre, men med serin (Ser, S) av seryl-tRNA-syntetasen (SerRS), noe som resulterer i en mellomliggende Ser-tRNASec. Vanligvis er amino-acyl tRNA-syntetaser svært spesifikke enzymer som gjenkjenner unike trnas-molekyler for å lade opp med sine spesifikke aminosyrer. SerRS er imidlertid en klasse II amino-acyl tRNA syntetase som har en spesiell anerkjennelse mot akseptoren og den lange variable armen Fra Ser og / Eller Sec tRNA, som gir en ikke-spesifisitet mot anti-kodonet (Schimmel Og Soll, 1979).den mellomliggende Ser-tRNASec leveres til selenocysteinsyntase-SelA I Bakterier – eller fosfoseryl-tRNA kinase-PSTK I Arkea/Eukarya–for Ser / Sek-konvertering. I bakterier er det homodekameriske SelA, et pyridoksal-5′-fosfat (PLP) avhengighetsenzym, ansvarlig for denne omdannelsen som danner et ternært 1,3 MDa komplekst maskineri (Silva et al., 2015). Dette forbigående komplekset er samlet av samspillet Mellom SelA.Ser-trnasec binært kompleks og et enzym som heter selenofosfatsyntetase (SelD), som er ansvarlig for å levere selendonoren–selenofosfat–og gir den katalytiske lommen for å oppnå den modne Sec-tRNASec (Silva et al., 2015). Selenforbindelser er cytotoksiske, noe som kan kreve en dedikert mekanisme for å unngå celledød. Et alternativ til å holde lave toksisitetsnivåer er gjenvinning av selenforbindelse i den biologiske og nyttige kilden som selenofosfat. Denne konverteringen innebærer et ikke-sec-pathway-spesifikt enzym-selenocysteinlyase–CsdB) – som driver Sec-resirkuleringen til selenid, som er svært giftig for cellene. Resultatene antydet At CsdB.SelD interagerer for å beskytte miljøet og katalyserer selenfosforyleringen uavhengig av organismene (Itoh et al., 2009).

På en annen side, I Arkea og Eukarya Er Sec-biosyntesen forskjellig og delt inn i to fremtredende trinn. Den opprinnelige ser-rest som er tilstede I Ser-tRNASec fosforyleres AV PSTK, noe som resulterer i et mellomliggende o-phosposeryl-(Sep)-tRNASec. Etter omdannelsen utfører o-fosfoseryl–tRNASec selentransferase (SepSecS-ET PLP-avhengig enzym) Sep/Sek-omdannelsen, noe som resulterer i den modne Sec-tRNASec (Liu et al., 2014). Den biologiske selenforbindelsen leveres som nevnt for bakterier.En annen hovedforskjell Mellom Sec og andre aminosyrer er inkorporeringsprosessen. Eldre Sec-tRNASec er anerkjent og spesifikt levert inn i ribosomal maskineri av unike forlengelse faktorer (SelB Eller EFSec), som har evnen til ikke bare å gjenkjenne de tradisjonelle molekyler for aminosyrer inkorporering, dvs. L30 ribosomal subenhet og tRNA, men også å gjenkjenne SECIS og / ELLER SECIS-bindende proteiner (Sbps) (Fletcher et al., 2001). SBPs er proteiner grunnlagt I Eukarya som identifiserer SECIS-elementer på 3 ‘ – UTR og hjelper samspillet med eEFSec for sec inkorporering (Fletcher et al., 2001). I bakterier Er SelB i stand til å identifisere alle tre elementene (ribosom, modent tRNASec og SECIS element). Denne mekanismen er nøkkelen som tillater UGA-feilfortolkning og introduserer Sec som en del av det nasende polypeptidet. Denne mekanismen inspirerte forskere i den nye innsatsen for å forstå og bruke denne genetiske kodeutvidelsen for å forbedre proteinteknikk og syntetisk biologi (Miller et al., 2015). Mutasjoner og kimærer muliggjorde ikke-spesifikk inkorporering av aminosyrer i forskjellige kodoner, dvs., utfør inkorporering av kanoniske aminosyrer ved UGA-kodonet ved å bruke forlengelsesfaktorer (EFTu) smeltet Sammen Med SelB-Cterminal-domene, ansvarlig FOR SECIS-anerkjennelse, som et eksempel(Soll, 2015). Ytterligere forbedringer i syntetisk biologi er pågående og resultatene vil inspirere, og begrunnelse bryte dette feltet i nesten fremtid.Videre hjelper den fulle forståelsen av denne inkorporeringsmekanismen for tiden proteinkonstruksjonsprosessen og syntetisk biologi, slik at en «ny utvidelse» av den genetiske koden ved å manipulere inkorporeringen av aminosyrene (Mukai et al., 2017).Sec Er et eksempel på denne utvidelsen som naturen gjorde for å øke variabiliteten i proteinene, funksjonen og forhindrer også celletoksisitet. Full forståelse av denne mekanismen kan hjelpe oss med å forstå proteinutviklingsprosesser og makromolekylære interaksjoner som gjør at vi kan designe nye metoder og måter å utvide mulighetene til syntetisk biologi.

Diskusjon

betydningen og uniktheten Av Sec-inkorporeringsforlengelsesfaktoren fremheves når det komplekse systemet ble fullstendig beskrevet i 30 års omfattende forskning. Aspekter som hvordan det kan regulere selenoproteiner uttrykk under oksidativt stress eller hvordan å forfølge UGA-stop feiltolkning er fascinerende å forstå og utvide den genetiske koden. Nye måter å omskrive eller tolke den samme informasjonen vil utvide grensene for den genetiske koden, ikke bare ved å øke mangfoldet og mulighetene i protein engineering, men også skape ny innsikt for å kodifisere spesifikke enzymer og proteiner. Hele Sec-biosynteseveien er unik, MEN EF-UGA-anerkjennelsen er hovedårsaken til At Sec er annerledes. EF gjenkjenner vanligvis inkorporering maskiner på riktig posisjon for aminosyren inkorporering.

videre kan denne mekanismen brukes til å svare på spørsmål om inkorporeringsprosessen effektivitet, nøyaktighet og bevaring blant ulike arter. Sec inkorporering er forskjellig hovedsakelig på Grunn Av SelB, den spesielle EF som tillater UGA-Sec-anerkjennelse basert på et mRNA-element. Evolusjonær, Sec-EF endret for å gjenkjenne en annen partner som bidrar til å lede Sec-tRNASec riktig inn i ribosomalhulen, noe som gjør denne prosessen mer effektiv.som tidligere nevnt begynte forskere allerede å forstå Og bruke sec-maskiner til å lage kimærer som tillater oss å endre kodonens anerkjennelse. Videre studier I EFs og dets interaksjoner med SelB / eEFSec som eksempel kan lede oss til ny innsikt i den nye genetiske ekspansjonstiden.

Forfatterbidrag

alle forfattere oppført har gjort et betydelig, direkte og intellektuelt bidrag til arbeidet, og godkjent det for publisering.

Interessekonflikt

forfatterne erklærer at forskningen ble utført i fravær av kommersielle eller økonomiske forhold som kan tolkes som en potensiell interessekonflikt.Crick, F. H. C. (1968). Opprinnelse av genetisk kode. J. Mol. Biol. 38:367. doi: 10.1016/0022-2836(68)90392-6

PubMed Abstract | CrossRef Full Text/Google Scholar