ワブル塩基対
RNA base pair that does not follow Watson–Crick base pair rules

イノシンとグアニンのワブル塩基対

ウォブル塩基対は、 RNA分子中に存在する2つのヌクレオチド間の塩基対形成で、ワトソン・クリック塩基対則に従わない。[1]主な4つのウォブル塩基対は、グアニン-ウラシル（G-U）、ヒポキサンチン-ウラシル（I-U）、ヒポキサンチン-アデニン（I-A）、ヒポキサンチン-シトシン（I-C）である。核酸命名法の一貫性を保つため、ヒポキサンチンにはイノシンの核酸塩基である「I」を使用する。 [ 2 ]それ 以外の命名法は、核酸塩基とそれに対応するヌクレオシドの名称に従う（例えば、「G」はグアニンとグアノシンの両方、およびデオキシグアノシン）。ウォブル塩基対の熱力学的安定性は、ワトソン・クリック塩基対のそれに匹敵する。ゆらぎ塩基対はRNAの二次構造の基本であり、遺伝暗号の適切な翻訳に不可欠です。

簡単な歴史

遺伝コードには、4 3 = 64 通りのコドン（3ヌクレオチド配列）があります。翻訳するには、これらのコドンそれぞれに、安定して補完できるアンチコドンを持つtRNA分子が必要です。各 tRNA 分子を標準的なワトソン・クリック塩基対合を使用して相補的な mRNA コドンと対合させると、64 種類の tRNA 分子が必要になります。標準的な遺伝コードでは、これらの 64 個の mRNA コドンのうち 3 つ（UAA、UAG、UGA）は終止コドンです。これらはtRNA 分子ではなく解離因子に結合して翻訳を終了させるため、標準的な対合には 61 種類の tRNA が必要になります。ほとんどの生物は 45 種類未満の tRNA しか持っていないため、⁣ [3]一部の tRNA タイプは複数の同義コドンと対合することができ、それらはすべて同じアミノ酸をコードします。彼は、mRNAの3'塩基に結合するアンチコドンの5'塩基は、他の2つの塩基ほど空間的に制限されておらず、非標準的な塩基対を形成する可能性があると仮定した。 [4]クリックは、この3番目のコドン位置に生じるわずかな「遊び」または「ゆらぎ」にちなんで、この塩基を独創的に「ゆらぎ」と名付けた。5'アンチコドン位置における塩基の動き（「ゆらぎ」）は、tRNAのアンチコドンの全体的な対合構造に影響を与える小さな構造調整に必要である。[5] [6]

例えば、酵母tRNA Pheはアンチコドン5'-GmAA-3'を持ち、コドン5'-UUC-3'と5'-UUU-3'を認識できます。したがって、3番目のコドン位置、すなわちmRNAコドンの3'ヌクレオチドとtRNAアンチコドンの5'ヌクレオチドで、非ワトソン・クリック塩基対形成が発生する可能性があります。[ 7]

ウォブル仮説

これらの概念から、フランシス・クリックはウォブル仮説、つまりこれらの自然発生的な属性を説明する4つの関係性を生み出しました。

  1. コドンの最初の2つの塩基は、強力なワトソン・クリック塩基対を形成し、tRNAのアンチコドンに強く結合するため、コーディングの特異性を生み出します
  2. 5'から3'方向を読み取る際、アンチコドン（tRNA上にあり、mRNA上のコドンの最後のヌクレオチドと対を成す）の最初のヌクレオチドによって、tRNAが実際に何ヌクレオチドを区別するかが決まります。
    アンチコドンの最初のヌクレオチドがCまたはAの場合、対合は特異的であり、元のワトソン・クリック対合が認められます。つまり、そのtRNAには特定のコドンが1つだけ対合します。最初のヌクレオチドがUまたはGの場合、対合の特異的性は低くなり、実際にはtRNAは2つの塩基を互換的に認識します。イノシンは真のゆらぎ特性を示し、アンチコドンの最初のヌクレオチドがイノシンであれば、元のコドンの3つの塩基のどれでもtRNAと対合します。
  3. コドンの最初の2つのヌクレオチドに固有の特異性のため、1つのアミノ酸が複数のアンチコドンによってコードされ、それらのアンチコドンが2番目または3番目の位置（コドンの1番目または2番目の位置）で異なる場合、そのアンチコドンには異なるtRNAが必要です。
  4. すべての可能なコドン（3つの終止コドンを除く61個）を満たすための最小要件は32個のtRNAです。つまり、アミノ酸用に31個のtRNAと1個の開始コドンです。[8]

塩基対形成スキーム

tRNAにおける

ウォブル対形成ルール。ワトソン・クリック塩基対は太字で示されています。括弧は機能するがあまり好ましくない結合を示します。先頭のxは、（一般的に）後続の塩基の誘導体を示します。

tRNA 5'アンチコドン塩基 mRNA 3'コドン塩基（クリック）[注1] mRNA 3'コドン塩基（改訂版）[9]
A U U、C、G、または(A)
C G G
G CまたはU CまたはU
U AまたはG A、G、U、または(C)
I A、C、またはU A、C、またはU
k 2 C A
xm5s2U、xm5Um、Um、x m 5 U Aまたは(G)
xo5U U、A、またはG

塩基対強度のデータソース

生物学的重要性

細胞内の tRNA の量は限られており、ゆらぎによって柔軟性が高まるという、ゆらぎの必要性とは別に、ゆらぎ塩基対は多くの生物学的機能を促進することが示されており、モデル生物である細菌の大腸菌で最も明確に実証されています。実際、大腸菌のアラニンtRNAの研究では、tRNAがアミノアシル化されるかどうかを決定するゆらぎ塩基対があります。tRNA がアミノアシル tRNA 合成酵素に到達すると、合成酵素の仕事は T 字型の RNA をそのアミノ酸に結合させることです。これらのアミノアシル化された tRNA は mRNA 転写産物の翻訳に進み、アミノ酸のコドンに接続する基本要素となります。[1]ゆらぎ塩基対の必要性は、グアニン-ウラシルの対が自然なグアニン-シトシンの対に変更される実験を通じて説明されます。オリゴリボヌクレオチドはGene Assembler Plusで合成され、アラニンtRNAをコードすることが知られているDNA配列全体に拡散されました。これらの新しいtRNAの産物に対して2D-NMRを実行し、ワブルtRNAと比較しました。結果は、ワブル塩基対の変化によって構造も変化し、αヘリックスが形成されなくなることを示しています。αヘリックスはアミノアシルtRNA合成酵素が認識できる構造であるため、この合成酵素はアミノ酸アラニンをアラニンtRNAに結合させません。このワブル塩基対は大腸菌におけるアミノ酸アラニンの利用に不可欠であり、ここでの重要性は多くの近縁種における重要性を示唆しています。[10]アミノアシルtRNA合成酵素と大腸菌tRNAゲノムに関する詳細は、外部リンクの「アミノアシルtRNA合成酵素に関する情報」および「ゲノムtRNAデータベース」をご覧ください。

参照

脚注

  1. ^ これらの関係性、および正しい読み枠内の完全なコドンとアンチコドンについては、SBDR (2008-04-15). 「遺伝コードとアミノ酸翻訳」. Society for Biomedical Diabetes Research . 2014-11-04にオリジナルからアーカイブ。2014-09-14に取得。ペアリングに関する最新の見解については、doi:10.1093/nar/gkh185を参照してください

参考文献

  1. ^ キャンベル・N、リース・JB (2011).生物学（第9版）. ボストン：ベンジャミン・カミングス. pp. 339–342
  2. ^ Kuchin S (2011年5月19日). 「遺伝学のすべての基礎を網羅：生物学学部生に塩基対形成を教えるための簡単な速記と図表」. Journal of Microbiology & Biology Education . 12 (1): 64– 66. doi :10.1128/jmbe.v12i1.267. PMC 3577215. PMID 23653747. イノシン（ヌクレオシド）の塩基の正しい名称はヒポキサンチンですが、核酸命名法との一貫性を保つため、速記[I]の方が適切です… 
  3. ^ Lowe T, Chan P (2011年4月18日). 「ゲノムtRNAデータベース」.カリフォルニア大学サンタクルーズ校. 2015年5月30日時点のオリジナルからアーカイブ。2015年10月31日閲覧
  4. ^ Crick FH (1966年8月). 「コドン-アンチコドン対合：ウォブル仮説」. Journal of Molecular Biology . 19 (2): 548– 555. CiteSeerX 10.1.1.693.2333 . doi :10.1016/S0022-2836(66)80022-0. PMID  5969078. 
  5. ^ Mathews CK, Van Holde K, Appling D, Anthony-Cahill S編 (2012).生化学（第4版）. トロント: Prentice Hall. p. 1181. ISBN 978-0-13-800464-4。
  6. ^ Voet D, Voet J (2011).生化学（第4版）. ホーボーケン, ニュージャージー: John Wiley & Sons. pp.  1360– 1361. ISBN 978-0-470-57095-1。
  7. ^ Varani G, McClain WH (2000年7月). 「G x U ワブル塩基対。多様な生物系におけるRNA機能に不可欠なRNA構造の基本構成要素」.  EMBO Reports . 1 (1): 18– 23. doi :10.1093/embo-reports/kvd001. PMC 1083677. PMID 11256617 
  8. ^ Cox MM, Nelson DL (2013). 「タンパク質代謝：ワブルにより一部のtRNAは複数のコドンを認識できるようになる」レーニンガー生化学原理（第6版）ニューヨーク：WHフリーマン。1108  ～ 1110ページ。ISBN   978-0-7167-7108-12015年10月31日閲覧
  9. ^ Murphy FV, Ramakrishnan V (2004年12月). 「リボソームの解読中心におけるプリン-プリンウォブル塩基対の構造」Nature Structural & Molecular Biology 11 ( 12): 1251– 1252. doi :10.1038/nsmb866. PMID  15558050. S2CID  27022506.
  10. ^ Limmer S, Reif B, Ott G, Arnold L, Sprinzl M (1996年4月). 「大腸菌tRNA(Ala)のアクセプターアームにおけるGUワブル塩基対によるヘリックス構造変化のNMR証拠」. FEBS Letters . 385 ( 1–2 ): 15–20 . Bibcode :1996FEBSL.385...15L. doi : 10.1016/0014-5793(96)00339-0 . PMID  8641457.
  • tRNA、アダプター仮説、ワブル仮説
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  • ゲノムtRNAデータベース
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