エドワード・トリフォノフ

エドワード・ニコラエヴィッチ・トリフォノフ
生まれる	1937年3月31日（年齢  ( 1937-03-31 )87) レニングラード、ソ連
国籍	イスラエル
母校	モスクワ物理工科大学
知られている	DNA周期、DNA曲率、ヌクレオソーム配置、タンパク質構造、分子進化
科学者としてのキャリア
フィールド	バイオインフォマティクス、ゲノミクス、分子生物物理学、プロテオミクス
機関	モスクワ物理工科大学 I. V. クルチャトフ原子力研究所 ワイツマン科学研究所 ハイファ大学
博士課程の指導教員	ユーリ・セメノビッチ・ラズルキン
博士課程の学生	ハイメ・ラグネス

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エドワード・ニコラエヴィッチ・トリフォノフ（ヘブライ語：אדוארד טריפונוב、ロシア語：Эдуapд Тифoнoв、1937年3月31日生まれ）は、ロシア生まれのイスラエルの分子生物物理学者であり、イスラエルのバイオインフォマティクスの創始者です。彼は、生物学的配列における微弱な信号パターンの認識を専門とする研究を行っており、型破りな科学的手法で知られています。

彼は、DNA 配列の 3 bp と 10 bp の周期性、およびDNA分子の曲率とヌクレオソーム内での屈曲を決定する規則を発見しました。トリフォノフは、生物学的配列の複数の新しいコードとタンパク質のモジュール構造を明らかにしました。彼は、生命の起源、および単一のヌクレオチドとアミノ酸から現在のDNAとタンパク質配列までの分子進化に関する非生物起源説を提唱しました。

トリフォノフは1937年にソ連のレニングラード（現在のサンクトペテルブルク）で生まれた。彼は母親のリヴァと継父のニコライ・ニコラエヴィッチ・トリフォノフに育てられた。学生時代には医学と物理学に興味を持つようになった。^[1]その結果、彼はモスクワで生物物理学を学び、ソ連で科学者としてのキャリアをスタートさせた。1976年に彼はイスラエルにアリーヤ（ユダヤ人として移住）した。^[2]彼のロールモデルはグレゴール・メンデルである。^{[1] [3]}

トリフォノフは1961年にモスクワ物理工科大学で生物物理学の学位^[4]を取得し、 1970年に同大学で分子生物物理学の博士号を取得した。1961年から1964年までモスクワ物理工科大学の研究員として働き、その後モスクワの第4クルチャトフ原子力研究所の生物学部に移り、1975年までそこに在籍した。イスラエルに移住した後、ワイツマン科学研究所の高分子研究部に准教授として加わった。彼は1976年から1991年までそこで働き、1992年に構造生物学部の教授に就任しました。彼は2003年に名誉教授に任命されました。その間、彼はカリフォルニア州パロアルトの分子科学研究所のゲノム構造と進化センターの所長も務めました（1992年から1995年）。

トリフォノフ氏は2002年からイスラエルのハイファ大学進化研究所ゲノム多様性センターの所長を務めており、2007年からはチェコ共和国ブルノのマサリク大学の教授を務めている。

学術団体の会員

• ソ連生化学協会 (1970)
• イスラエルCODATA全国委員会（1987年）
• 国際分子進化学会 (1993)
• 国際遺伝子治療・分子生物学会 (1997)

編集委員会および諮問委員会

• ロシアの「Biological Abstracts」の微生物学および生化学セクションの編集者（1970～1975年）
• 生体分子構造と動力学ジャーナル編集者（1988-1995）
• 分子進化ジャーナル編集委員および副編集長（1993～2004年）
• ユダヤ・サマリア大学学術評議会（ケドゥミム-アリエル、ヨルダン川西岸）（1994-1999）
• 遺伝子治療と分子生物学の編集委員（1997年より）
• OMICS、 Journal of Integrative Biology編集委員（2006 年より）
• Journal of Biomolecular Structure and Dynamics編集諮問委員会(2010 年より)

トリフォノフは科学者としてのキャリアの初期に、生物物理学的手法を用いてDNAの特性を研究した。1976年にイスラエルに移住した後、バイオインフォマティクスに転向し、同国で最初のこの分野の研究グループを設立した。^[2]彼は生物学的配列の世界に対する革新的な洞察で知られている。^[5]

トリフォノフは、デジタル信号処理技術を生物学的配列に適用した先駆者です。1980年に、彼とジョエル・サスマンは自己相関を使用してクロマチンDNA配列を分析しました。^[6]彼らは、DNA配列に3bpと10-11bp（10.4）の周期性という2つの周期パターンを発見した最初の人物でした。^[7]

イスラエルでの研究生活の初めから、トリフォノフはクロマチン構造を研究し、^[8]特定のDNAセグメントが細胞内でヌクレオソームと呼ばれるタンパク質-DNA複合体にどのように詰め込まれているかを調べてきました。ヌクレオソームでは、DNAはヒストンタンパク質成分の周囲に巻き付いています。この巻き方の原理（およびヌクレオソームの位置を決定する規則）は、1980年代初頭には知られていませんでしたが、複数のモデルが提案されていました。^[9]これらには以下が含まれます 。

• 「ヒンジ」モデル: DNA 分子は、鋭い折れ曲がり (最大 90°) によって中断された硬い棒状の構造であり、直線部分は 10  bpの倍数の長さであると想定されました。
• 「等方性」モデル: DNA 分子は長さに沿って滑らかに曲がり、2 つの塩基対間の角度は同じです。
• 「ミニキンク」モデル: ヒンジ モデルに似ていますが、5  bpごとにより滑らかなキンクがあります。

トリフォノフはDNAが滑らかに曲がるという概念を支持した。^[10]しかし、彼は塩基対間の角度は等しくなく、その大きさは特定の隣接する塩基対に依存すると提案し、それによって「異方性」または「くさび」モデルを導入した。

このモデルは、トリフォノフとジョエル・サスマンの研究に基づいており、^彼らは1980年に、いくつかのジヌクレオチド（ヌクレオチド 二量体）がクロマチンDNA内で互いに規則的な（周期的な）距離を置いて頻繁に配置されていることを示した[11]。これは、クロマチンDNAの配列パターンの探索を開始した画期的な発見であった^[11]。彼らはまた、それらのジヌクレオチドがクロマチンDNAの推定ピッチ（1つのDNAヘリックス繰り返しの長さ）（10.4  bp）と同じ周期で繰り返されていることを指摘した。

このように、トリフォノフはくさびモデルで、隣接する塩基対の各組み合わせが特定の角度（これらの塩基対に固有）を形成すると仮定しました。彼はこの特徴を曲率と呼びました。^{[12]さらに、彼は、曲率に加えて、各塩基対ステップが}ヒストンオクタマーに結合してさまざまな程度に変形できることを示唆し、それを曲げと呼びました。^[13]ヌクレオソームに存在するDNAのこれらの2つの特徴、曲率と曲がりは、現在、ヌクレオソームの配置に役割を果たす主要な要因であると考えられています。^{[14] : 41}他のジヌクレオチドの周期性は、後にアレクサンダー・ボルショイと同僚によって確認されました。^[15]最後に、ヌクレオソームDNAの理想的な配列は、2009年にガブダンク、バラシュ、トリフォノフによって導き出されました。^[16]提案された配列CGRAAATTTYCG（Rはプリン： AまたはG、Yはピリミジン：CまたはT）は、ヌクレオソームDNAの配列におけるジヌクレオチドの優先順序を表しています。しかし、これらの推論は一部の科学者によって異議を唱えられています。^[17]

トリフォノフが答えを求めていたクロマチン構造に密接に関連するもう一つの疑問は、ヌクレオソーム内のDNAらせん繰り返し（ターン）の長さであった。^{[14] : 42}自由DNA（すなわちヌクレオソームの一部ではないDNA）では、DNAらせんは約10.5  bpごとに360°ねじれることが知られている。1979年、トリフォノフとトーマス・ベッテッケンはヌクレオソームDNA繰り返しの長さを10.33～10.4  bpと推定した^[18] 。この値は最終的に2006年の結晶構造解析によって10.4 bpに確認され、精緻化された。  ^[19]

トリフォノフは^{[20] : 4}生物学的配列は、一般に認識されている1つの遺伝コード（アミノ酸のコード順序）とは反対に、多くのコードを持っているという考えを主張しています。彼はまた、 DNAに複数のコードが存在することを初めて実証しました^[21]。彼は、いわゆる非コードDNAでさえ機能を持ち、つまりトリプレットコードとは異なるコードを持っていると指摘しています。

トリフォノフは^[20] DNA、RNA、タンパク質には^5～10の特定のコードがあることを認識している。

1. DNA配列における

   クロマチンコード (Trifonov 1980)

   ヌクレオソームの配置を司る一連のルールです。

2. RNA配列における

   RNAからタンパク質への翻訳コード（トリプレットコード）

   RNA 配列の各トリプレットは、特定のアミノ酸に対応します (翻訳されます) 。

   スプライシングコード

   RNA スプライシングを担うコードですが、まだ十分には特定されていません。

   フレーミングコード（トリフォノフ 1987）

   mRNAのコンセンサス配列は(GCU) _{nであり、}リボソーム内の(xxC) _nと相補的である。

   mRNA の翻訳中に正しい読み枠を維持します。

   翻訳一時停止コード (Makhoul & Trifonov 2002)

   希少コドンのクラスターは、互いに150 bpの距離に配置されます。

   これらのコドンの翻訳時間は同義コドンよりも長いため、翻訳プロセスが遅くなり、タンパク質の新しく合成されたセグメントが適切に折り畳まれる時間が確保されます。

3. タンパク質配列における

   タンパク質フォールディングコード (Berezovsky、Grosberg、Trifonov 2000)

   タンパク質はモジュールで構成されています。

   新しく合成されたタンパク質は、全体ではなくモジュールごとに折り畳まれます。

4. 高速適応コード (Trifonov 1989)
   • 3 種類の生物学的配列すべてに存在します。
   • これらはタンデムリピート（AB...MN）_nで表されます。
   • 繰り返し回数（n）はストレスへの反応として細胞ゲノム内で変化し、それが細胞が環境圧力に適応するのに役立つかどうかは不明です。
5. 進化の過去のコード

   バイナリコード (Trifonov 2006)

   最初の古代コドンは GGC と GCC であり、他のコドンは一連の点突然変異によって派生しました。今日では、コドンの中央の位置にプリンを含む「ミニ遺伝子」と、中央のヌクレオチドにピリミジンを含むセグメントが交互に存在する現代の遺伝子を見ることができます。

   ゲノムセグメンテーションコード (Kolker & Trifonov 1995)

   メチオニンは、古代の独立した配列の融合の結果として、現代の DNA 配列では400 bpsごとに出現する傾向があります。

コードは互いに重なり合うことができるため^{[20] ：10、1}つのDNA配列（具体的にはヌクレオソームに関与する配列）で最大4つの異なるコードを識別することができます。トリフォノフによると、他のコードはまだ発見されていません。

トリフォノフのタンパク質 モジュールの概念は、タンパク質の進化とタンパク質の折り畳みに関する疑問に答えようとするものである。2000年に、トリフォノフはベレゾフスキー、グロスバーグとともにタンパク質配列を研究し^{[22] 、タンパク質内の単純な連続要素を特定しようとした。彼らは、25～30個の}アミノ酸残基からなる構造的に多様な閉ループが、タンパク質折り畳みの普遍的な構成要素であると仮定した 。

彼らは、進化の初めには短いポリペプチド鎖があり、それが後にこれらの閉じたループを形成したと推測しました。彼らは、ループ構造が配列にさらなる安定性をもたらし、進化において有利になったと推測しました^{[23] 。現代のタンパク質は、おそらく一緒に}融合した閉じたループのグループです。

配列の進化を追跡するために、トリフォノフとザカリア・フレンケルはタンパク質モジュールに基づくタンパク質配列空間の概念を導入した^{[24] [25] 。これは、}完全に配列されたゲノムのコレクションから得られた20アミノ酸の長さの配列フラグメントのネットワーク配置である。各フラグメントはノードとして表される。互いに一定レベルの類似性を持つ2つのフラグメントはエッジで接続される。このアプローチにより、特性が不明なタンパク質の 機能を決定することが可能になるはずである。

タンパク質のモジュール性は、レビンタールのパラドックス、すなわちタンパク質配列がいかにして非常に短時間で折り畳まれるのかという疑問にも答えを与える可能性がある。 ^[26]

1996年、ドイツの遺伝学者トーマス・ベッテッケン^は 、トリプレット拡大疾患のほとんどが2つのトリプレット、すなわちGCUとGCCにのみ起因し、残りはそれらの順列または相補的対応物であることに注目しました[27]：108。彼はこの発見を友人であり同僚でもあるトリフォノフと議論しました。トリフォノフは以前、(GCU) n_が隠れたmRNAコンセンサス配列であることを発見していました。したがって、これら2つの事実の組み合わせから、(GCU) _{nは古代の}mRNA配列 のパターンを反映している可能性があるという考えに至りました。

最初の三つ子

GCUとGCCは最も拡張可能な（または最も「攻撃的な」）トリプレットであるように思われたため、トリフォノフとベッテンケンはこれらが最初の2つのコドンである可能性があると推測した。他のトリプレットと比較して急速に拡張する能力は、これらに進化上の利点をもたらすだろう。^{[28] ：123}これら2つの単一点突然変異により、 14の他のトリプレットが生じる。

アミノ酸のコンセンサス時間順序

最初の2つのトリプレットが疑われたので、どのアミノ酸が最初に現れたのか、あるいはもっと一般的にはタンパク質を構成するアミノ酸がどのような順序で現れたのかを彼らは考えた。この疑問を解決するために、彼らは^{[27] : 108}、彼らにとって最も自然な3つの仮説に頼った。

1. 最も初期のアミノ酸は化学的に最も単純なものでした。
2. それらはミラー・ユーリー実験の生成物の中に存在するであろう。
3. これらは、アミノアシル tRNA 合成酵素の 2 つの既知のクラスのうち、古い方のクラスに関連付けられます。

その後、トリフォノフは101の基準^[20]を集めました。アミノ酸の順序については¹²³でした。各基準は長さ20のベクトル（20個の基本アミノ酸）として表すことができます。トリフォノフはそれらを平均し、グリシンとアラニンが最初の2つであるアミノ酸の出現の提案された時間的順序を得ました。

結果と予測

トリフォノフはこれらの概念をさらに詳しく説明し、^{[27] : 110–115で}次のような概念を提案した。

• トリプレットコードの進化表。
• タンパク質中のグリシン含有量は、それぞれのタンパク質の年齢（グリシン時計）の尺度として使用することができます。^[29]
• タンパク質は、オリゴアラニンまたはオリゴグリシン（つまり 2 つの「アルファベット」）のいずれかの古代の配列から派生した短いオリゴペプチドで構成されています。
• トリプレット内の中央の位置にあるヌクレオチドの種類（プリンまたはピリミジン）によって区別されるこれら 2 つのアルファベットは、タンパク質の関連性をより正確に分析するために使用できる「バイナリ コード」を提供します。

人生の定義

トリフォノフの分子進化に関する研究の一部は、生命の簡潔な定義を見つけることを目的としていた。彼は他の著者による定義を123個収集した^[30]。論理的または哲学的な議論を扱う代わりに、彼は現在の定義の語彙を分析した。主成分分析に近いアプローチによって、彼は「生命とは変異を伴う自己複製である」というコンセンサス定義を導き出した。この研究は多くの批判的なコメントを得た。^[31]

言語的配列複雑性^[32]（LC）は、1990年にトリフォノフによって導入された尺度である。これは、生物学的配列の分析と特徴付けに用いられる。配列のLCは、その語彙の「豊かさ」、すなわち、配列内に存在する特定の長さの異なる部分文字列の数として定義される。

トリフォノフは2つの概念を 厳密に区別している^{[14] ：47  ：}

曲率

隣接する塩基対間の角度のわずかな違いにより曲線形状になる自由DNAの特性

曲げ

タンパク質（例えばヒストン八量体）への結合の結果としてのDNAの変形

これら両方の特徴は特定のDNA 配列によって制御されます。

科学界は遺伝暗号を1つと認識しているが、^{[20] :4}トリフォノフは遺伝暗号が複数あるという考えを推進している。彼は、さらに別の「第2の」遺伝暗号が発見されるという出来事が繰り返し起こっていると指摘している。

• クルチャトフ若手科学者賞（1969年）
• クルチャトフ基礎研究賞（1971年）
• クリーマン分子生物物理学教授（1982–2002）
• モスクワ国立大学非常勤教授（1999年）
• 2003 年 RECOMB 会議におけるスタニスワフ ウラム記念講演、ベルリン (2003)
• メンデル講演会、ブルノ、聖トーマス修道院、（2004）
• ISBCB優秀会員賞^[33] (2008)
• インディアナ大学サウスベンド校優秀市民フェロー、米国インディアナ州サウスベンド (2009)

• Trifonov, Edward N. (講師) (2010)。第 2、第 3、第 4... 遺伝コード - コード混雑の顕著な例。プラハ、チェコ共和国。2010年 10 月 10 日のオリジナル(mp3)からアーカイブ。2012年3 月 26 日閲覧。