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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、真核生物と古細菌では常にメチオニンをコードし、細菌、ミトコンドリア、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、伸長に使用される tRNA とは異なる特別な「開始」トランスファー RNAによってデコードされます。開始 tRNA と伸長 tRNA の間には重要な構造上の違いがあり、その際立った特徴は翻訳システムの制約を満たすために役立ちます。細菌と細胞小器官では、アクセプター ステム 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 サイトへのリクルートメントを指示します。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止し、eIF2 は結合したメチオニンと 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（細菌と古細菌）と真核生物の両方に見られます。代替開始コドンは、タンパク質の開始位置にある場合はMetとして翻訳されます（コドンが別のアミノ酸をコードしている場合でも）。これは、開始に別のtRNAが使用されるためです。[3]
真核生物
代替開始コドン（非AUG）は真核生物ゲノムでは非常にまれであり、AUG開始の相対的な忠実性を保証するためにさまざまなメカニズムが働いています。[4]しかし、一部の細胞mRNAでは自然に発生する非AUG開始コドンが報告されています。[5]ジヒドロ葉酸還元酵素のAUG開始コドンで可能な9つの一塩基置換のうち7つは、哺乳類細胞で翻訳開始部位として機能します。[6]
細菌
細菌は一般に、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、さらには「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ために重要です。[4]
大腸菌はAUGを83%（3542/4284）、GUGを14%（612）、UUGを3%（103）[7]、その他に1つまたは2つのアミノ酸（例えばAUUとCUG）を使用する[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オペロンのlacI（GUG）[10] [11]とlacA（UUG）[12]がある。最近の2つの研究では、17個以上の非AUG開始コドンが大腸菌の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。[13] [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は、コドン、体系的な範囲、引用とともに、NCBIの翻訳表リストに記載されています。[16]
古細菌
真核生物と似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ます。すべてのヒトmRNAの半分以上は、注釈付き翻訳開始 (TIS) の上流に少なくとも 1 つの AUG コドン (uAUG) を持っています (ヒトRefSeq配列の現在のバージョンでは 58%)。これらを TIS として使用すると、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ります。uORF の翻訳では通常、短いポリペプチドが合成されますが、その一部は機能することが示されています (例: ASNSD1、MIEF1、MKKS、SLC35A4)。[17]ただし、ほとんどの uORF 開始は漏れやすい (つまり、翻訳を開始しない、または短い ORF の翻訳後に終了するリボソームが再開始できることが多い) ため、ほとんどの翻訳された uORF 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ます。[17]
標準遺伝コード
- NCBI表1にある開始コドンの候補 。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]原核生物では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
内部リボソーム進入部位（IRES）によって開始される翻訳は、いくつかの通常の真核生物の開始システムをバイパスし、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を解読する特定のロイシルtRNAを使用してロイシンで翻訳を開始することができます。このメカニズムはeIF2とは独立しています。IRESに似た二次構造は必要ありません。[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（tRNAfメット
CUA、MetY 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います。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 合成酵素もこの新しい tRNA を認識するため、ホルミルグルタミンも挿入されます。[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します)。[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、上流の強力なShine-Dalgarno 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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外部リンク
- 遺伝暗号。編纂者：アンジェイ・エルザノフスキー、ジム・オステル、国立生物工学情報センター（NCBI）、メリーランド州ベセスダ、米国 [1]