終止コドン

標準的な遺伝暗号には、3種類の終止コドンが存在する。

標準的な遺伝暗号にはバリエーションがあり、脊椎動物^{[ 2 ]}、Scenedesmus obliquus ^{[ 3 ]}、Thraustochytrium [ ^{4 ]}のミトコンドリアゲノムには代替終止コドン^が見つかっている。

核遺伝暗号は柔軟性があり、標準的な終止コドンをアミノ酸に再割り当てする変異遺伝暗号によって示されている。^{[ 5 ]}

1986年に、セレノシステイン（Sec）が翻訳と同時に取り込まれるという確かな証拠が提示された。さらに、ポリペプチド鎖へのその取り込みを部分的に指示するコドンは、オパール終止コドンとしても知られるUGAであることが特定された。 ^{[ 6 ]}このコドンの終止機能を上書きする異なるメカニズムが、原核生物と真核生物で特定されている。^{[ 7 ]}これらの界の特に異なる点は、シス要素は原核生物ではUAGコドンの近傍に限定されているように見えるのに対し、真核生物ではこの制限が存在しないことである。むしろ、そのような場所は禁止されているわけではないが、好ましくないように見える。^{[ 8 ]}

2003年に発表された画期的な論文では、ヒトに存在する既知のセレノプロテインがすべて同定されたことが報告されている。合計25種類である。^{[ 9 ]}他の生物についても同様の分析が行われている。

UAGコドンも同様の方法でピロリシン（Pyl）に翻訳される。

生物のゲノム内の終止コドンの分布はランダムではなく、GC含有量と相関する可能性があります。^{[ 10 ] [ 11 ]}例えば、大腸菌K-12ゲノムには、2705個のTAA（63%）、1257個のTGA（29%）、および326個のTAG（8%）の終止コドンが含まれています（GC含有量50.8%）。^{[ 12 ]}また、終止コドンの基質である放出因子1または放出因子2は、終止コドンの存在量と強く相関しています。^{[ 11 ]} GC含有量の広範囲にわたる細菌の大規模な研究では、TAAの出現頻度はGC含有量と負の相関があり、TGAの出現頻度はGC含有量と正の相関がある一方で、ゲノム内で最も使用頻度の低い終止コドンであるTAG終止コドンの出現頻度はGC含有量の影響を受けないことが示されています。^{[ 13 ]}

細菌における終止コドンの認識は、RF1 (PxT) および RF2 (SPF) に高度に保存されているアミノ酸モチーフであるいわゆる「トリペプチドアンチコドン」^{[ 14 ]}と関連付けられています。構造研究によってこれが裏付けられているにもかかわらず、トリペプチドアンチコドン仮説は単純化しすぎであることが示されています。^{[ 15 ]}

これらは最初に発見されたナンセンス変異であり、リチャード・H・エプスタインとチャールズ・スタインバーグによって単離され、彼らの友人でありカリフォルニア工科大学の大学院生であったハリス・バーンスタインにちなんで名付けられました。バーンスタインの姓はドイツ語で「琥珀」を意味します（バーンスタイン参照 ）。^{[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]}

アンバー変異を持つウイルスは、アンバーサプレッサーと呼ばれる特定の細菌株にのみ感染する能力を持つことが特徴です。これらの細菌は、変異ウイルスの機能回復を可能にする独自の変異を持っています。たとえば、アンバーストップコドンを認識するtRNAの変異により、翻訳がコドンを「読み飛ばして」全長タンパク質を生成することが可能になり、それによってタンパク質の正常な形態が回復し、アンバー変異が「抑制」されます。^{[ 19 ]} このように、アンバー変異体は、アンバーサプレッサー変異を持つ細菌内で増殖できるウイルス変異体のクラス全体です。同様のサプレッサーは、オーカーおよびオパールストップコドンについても知られています。

細菌RNA中のアンバーストップコドンを認識するように設計された、非天然アミノ酸を運ぶtRNA分子が存在する。この技術により、標的タンパク質の特定の位置に直交アミノ酸（例えばp-アジドフェニルアラニン）を組み込むことが可能になる。

これは発見された2番目の終止コドン変異でした。琥珀に関連付けられる通常の黄色、オレンジ、茶色を思わせるこの2番目の終止コドンは、オレンジがかった赤褐色の鉱物顔料である「黄土」と名付けられました。 ^{[ 17 ]}

黄土色の変異ウイルスは、特定の細菌のサプレッサー株内で感染能力を回復するという点で、琥珀色の変異ウイルスと似た性質を持っていた。黄土色のサプレッサーは琥珀色のサプレッサーとは異なっていたため、黄土色の変異は異なるヌクレオチドトリプレットに対応すると推測された。シドニー・ブレナーは、これらの変異体を互いに、また他の既知のアミノ酸コドンと比較する一連の変異実験を通して、琥珀色と黄土色の変異はヌクレオチドトリプレット「UAG」と「UAA」に対応すると結論付けた。^{[ 20 ]}

標準遺伝暗号における3番目で最後の終止コドンはその後すぐに発見され、ヌクレオチドトリプレット「UGA」に対応する。^{[ 21 ]}

色付き鉱物のテーマに合わせるため、3番目のナンセンスコドンは「オパール」として知られるようになりました。オパールはさまざまな色を示すシリカの一種です。^{[ 17 ]}この早期終止コドンを生成したナンセンス変異は、後にオパール変異またはアンバー変異と呼ばれるようになりました。

ナンセンス変異とは、DNA配列の変化によって早期終止コドンが導入され、結果として生成されるタンパク質が異常に短くなる変異のことです。アミノ酸鎖の重要な部分が組み立てられなくなるため、多くの場合、タンパク質の機能が失われます。このことから、終止コドンはナンセンスコドンとも呼ばれています。

ノンストップ変異（ストップロス変異とも呼ばれる）は、ストップコドン内で発生する点突然変異です。ノンストップ変異は、 mRNA鎖の翻訳が本来翻訳されない領域にまで継続される原因となります。ノンストップ変異を持つ遺伝子から生じるポリペプチドのほとんどは、その極端な長さと正常な折り畳みへの影響により機能を失います。ノンストップ変異は、ストップコドンを生成するのではなく、ストップコドンを削除するという点でナンセンス変異とは異なります。ノンストップ変異は、単一のヌクレオチドが変化して別のアミノ酸に置き換わる点突然変異であるミスセンス変異とも異なります。ノンストップ変異は、内分泌疾患^{[ 22 ]} 、眼疾患^{[ 23 ]}、神経発達障害^{[ 24 ] [ 25 ]}など、多くの遺伝性疾患と関連付けられています。