開始コドン
ヒトミトコンドリアDNA MT-ATP6遺伝子の開始コドン（青い丸）。各ヌクレオチドトリプレット（角括弧）には、対応するアミノ酸（1文字コード）が与えられており、MT-ATP8の場合は+1リーディングフレーム（赤）内、 MT-ATP6の場合は+3リーディングフレーム（青）内にあります。このゲノム領域では、2つの遺伝子が重複しています。

開始コドンは、リボソームによって翻訳されるメッセンジャーRNA（mRNA）転写産物の最初のコドンです。開始コドンは、真核生物および古細菌では常にメチオニンを、細菌、ミトコンドリア、およびプラスチドではN-ホルミルメチオニン（fMet）をコードします。

開始コドンの前には、5'非翻訳領域（5' UTR）が位置することが多い。原核生物では、これにはリボソーム結合部位が含まれる。

デコード

生命の3つのドメインすべてにおいて、開始コドンは伸長に用いられるtRNAとは異なる特別な「開始」tRNAによって解読されます。開始tRNAと伸長tRNAには重要な構造的差異があり、翻訳システムの制約を満たすために異なる特徴が存在します。細菌や細胞小器官では、受容体ステムのC1:A72ミスマッチがホルミル化を誘導し、30SリボソームによるP部位へのリクルートを誘導します。いわゆる「3GC」塩基対は70Sリボソームへの組み立てを可能にします。[ 1 ]真核生物と古細菌では、Tステムが伸長因子の結合を阻害し、eIF2は付加されたメチオニンとA1:U72塩基対を特異的に認識します。[ 2 ]

いずれにせよ、天然の開始tRNAはメチオニンのみをコードします。[ 3 ]重要な認識特性に関する知識により、研究者は異なるアミノ酸をコードする代替の開始tRNAを構築できるようになりました。以下を参照してください。

代替開始コドン

代替開始コドンは標準的なAUGコドンとは異なり、原核生物（細菌および古細菌）と真核生物の両方に存在します。代替開始コドンは、タンパク質の開始位置にある場合（コドンが本来異なるアミノ酸をコードしている場合でも）、Metとして翻訳されます。これは、開始に別のtRNAが使用されるためです。[ 3 ]

真核生物

真核生物ゲノムにおいて、代替開始コドン（非AUGコドン）は非常に稀である。AUG開始の相対的な忠実性を保証するために、様々なメカニズムが働いている。[ 4 ]しかしながら、一部の細胞mRNAでは、天然に存在する非AUG開始コドンが報告されている。[ 5 ]ジヒドロ葉酸還元酵素のAUG開始コドンにおける9つの可能な一塩基置換のうち7つは、哺乳類細胞において翻訳開始部位として機能する。いずれの場合も、最初のアミノ酸としてメチオニンが挿入されている。 [ 6 ]

細菌

細菌は一般的に、開始コドンの忠実性を監視する幅広い翻訳因子を持っていません。GUGとUUGは主要な、そして「標準的な」代替開始コドンです。[ 4 ]特にGUGはプラスミドの複製を制御する上で重要です。[ 4 ]

大腸菌はAUGを83%（3542/4284）、GUGを14%（612）、UUGを3%（103） [ 7 ]、その他を1つまたは2つ（例えば、AUUとCUG）使用します。 [ 8 ] [ 9 ]

AUG開始コドンを持たないよく知られたコード領域としては、大腸菌lacオペロン中のlacI（GUG）[ 10 ] [ 11 ]とlacA（UUG）[ 12 ]がある。さらに最近の2つの研究では、大腸菌において10 [ 13 ]から46 [ 14 ]のAUG以外の開始コドンが翻訳を開始する可能性があることが独立して示されている。しかし、AUG、GUG、UUGは、他のコドンと比較して、開始コドンとして非常に高い効率を示す。[ 14 ]

ミトコンドリア

ミトコンドリアゲノムでは、代替開始コドンがより多く使用されています（ヒトではAUAとAUG）。[ 15 ]このような多くの例が、コドン、体系的な範囲、引用とともに、NCBIの翻訳表リストに掲載されています。[ 16 ]

古細菌

真核生物と類似しているがより単純な翻訳機構を持つ原核生物である古細菌は、UUGとGUGでの開始を可能にする。[ 4 ]

上流開始コドン

これらは、通常の開始コドンの上流にあるという意味で「代替」開始コドンであり、代替開始コドンとして使用できる可能性がある。ヒトmRNAの半数以上は、注釈付き翻訳開始点（TIS）の上流に少なくとも1つのAUGコドン（uAUG）を有する（ヒトRefSeq配列の現行バージョンでは58％）。これらがTISとして利用される可能性は、いわゆる上流オープンリーディングフレーム（uORF）の翻訳につながる可能性がある。uORFの翻訳は通常、短いポリペプチドの合成を伴い、その一部は機能的であることが示されており、例えばASNSD1、MIEF1、MKKS、SLC35A4などが挙げられる。[ 17 ]しかし、ほとんどのuORF開始部はリークしやすい（つまり、翻訳を開始しない、または短いORFの翻訳後に終結するリボソームが再翻訳できることが多い）ため、翻訳されたuORFのほとんどは下流の翻訳に対して軽度の阻害効果しか持たないと考えられている。[ 17 ]

標準遺伝コード

アミノ酸の生化学的性質 非極性 ポーラー 基本 酸性 終結：終止コドン
標準遺伝コード（NCBI表1）[ 18 ]
一塁​ 2塁 三塁​
あなた C あ G
あなた ううう (フェニルアラニン/F)フェニルアラニンUCU (Ser/S)セリンアラブ首長国連邦 (Tyr/Y)チロシンウグ (Cys/C)システインあなた
ユーユーシー UCC ユニバーサルアクセスコントロール ユーザー作成コンテンツ C
UUA (Leu/L)ロイシンUCA UAA ストップ（オーカー）[B]ジョージア州 ストップ（オパール）[B]あ
ユーグ[A]UCG UAG 停止（アンバー）[B]アグ (Trp/W)トリプトファンG
C CUU CCU (Pro/P)プロリンCAU (His/H)ヒスチジンCGU (Arg/R)アルギニンあなた
CUC CCC CAC CGC C
CUA CCA CAA (Gln/Q)グルタミンCGA あ
CUG CCG CAG CGG G
あ AUU (Ile/I)イソロイシンACU (Thr/T)トレオニンAAU (Asn/N)アスパラギンAGU (Ser/S)セリンあなた
AUC ACC AAC AGC C
AUA ACA AAA (Lys/K)リジンアガ (Arg/R)アルギニンあ
8月[A](Met/M)メチオニンACG AAG AGG G
G グー (Val/V)バリンGCU (Ala/A)アラニンガウ (Asp/D)アスパラギン酸GGU (Gly/G)グリシンあなた
GUC GCC ギャック GGC C
グア GCA GAA (Glu/E)グルタミン酸GGA あ
ググ[A]GCG ギャグ GGG G
A NCBI表1に開始コドンの 可能性。AUGが最も一般的です。 [ 19 ]表1に記載されている他の2つの開始コドン（GUGとUUG）は、真核生物ではまれです。 [ 20 ]原核生物の開始コドンの要件はそれほど厳しくなく、 NCBI表11に記載されています。
B ^ ^ ^終止コドンをアンバー、オーカー、オパールと 呼ぶ歴史的根拠は、シドニー・ブレナーの自伝[ 21 ]とボブ・エドガーの歴史記事[ 22 ]に記載されています。

メチオニン以外の開始コドン

自然

通常の真核生物の開始システムのいくつかを迂回する内部リボソーム進入部位（IRES）によって開始された翻訳は、GCUまたはCAAコドンによる非メチノン開始を持つことができる。[ 23 ]

哺乳類細胞は、コドンCUGを解読する特異的なロイシルtRNAを用いて、ロイシンによる翻訳を開始することができる。この機構はeIF2に依存しない。IRESのような二次構造は必要ない。この機構はリボソームスキャンによって進行し、コザックコンテクストが開始効率を高める。[ 24 ] [ 25 ] [ 26 ]

改変された開始コドン

改変されたイニシエーターtRNA（tRNAfMet CUAMetY tRNAから変更fMet CAU）は、大腸菌のアンバー終止コドンUAGで翻訳を開始するために使用されてきた。このtRNAによる開始では、従来のホルミルメチオニンだけでなく、グルタミルtRNA合成酵素が新しいtRNAも認識するため、ホルミルグルタミンも挿入される。[ 27 ]（上記のように、細菌の翻訳開始システムはメチオニンを具体的にチェックせず、ホルミル修飾のみをチェックすることを思い出してください）。[ 1 ]ある研究では、アンバー開始tRNAは、ゲノムにコードされているUAGコドンからは測定可能な程度には翻訳を開始せず、上流に強力なシャイン・ダルガルノ部位を持つプラスミド由来のレポーターからのみ翻訳を開始することが示されています。[ 28 ]

参照

参考文献

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