ウォブル塩基対

ウォブル塩基対は、 RNA分子中の2つのヌクレオチド間の対合であり、ワトソン・クリック塩基対則に従わない。^[1] 4つの主なウォブル塩基対は、グアニン-ウラシル（GU）、ヒポキサンチン-ウラシル（IU）、ヒポキサンチン-アデニン（IA）、およびヒポキサンチン-シトシン（IC）である。核酸命名法の一貫性を保つために、ヒポキサンチンにはイノシンの核酸塩基であるため「I」が使用される。^[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前に従う（たとえば、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には「G」）。ウォブル塩基対の熱力学的安定性は、ワトソン・クリック塩基対の熱力学的安定性に匹敵する。ウォブル塩基対は RNA の二次構造の基本であり、遺伝コードの適切な翻訳に不可欠です。

略歴

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、これらのコドンのそれぞれに、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 分子が、標準的なワトソン-クリック塩基対形成法を使用して相補的な mRNA コドンと対になる場合、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 種類の mRNA コドンのうち 3 つ（UAA、UAG、UGA）が終止コドンです。これらは、 tRNA 分子ではなく解放因子に結合して翻訳を終了させるため、標準的な対形成には 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 を持っているため、⁣ ^[3]一部の tRNA タイプは、すべて同じアミノ酸をコードする複数の同義コドンと対になることができます。1966 年、フランシス・クリックはこれを説明するため、ぐらつき仮説を提唱しました。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、そのため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番目のコドンの位置で発生するわずかな「遊び」またはぐらつきから、この名前を創造的に付けた。5'アンチコドンの位置での塩基の動き（「ぐらつき」）は、tRNAのアンチコドンの全体的な対合形状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、つまり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、自然に発生するこれらの属性を説明する 4 つの関係のセットである「ぐらつき仮説」を作成しました。

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力に結合するため、コーディングの特異性を生み出します。
5'から3'に読み取る場合、アンチコドンの最初のヌクレオチド (tRNA 上にあり、mRNA 上のコドンの最後のヌクレオチドと対になる) によって、tRNA が実際に区別するヌクレオチドの数が決まります。
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、元のワトソン-クリック対合を認識します。つまり、特定のコドンが 1 つだけその tRNA と対合できます。最初のヌクレオチドが U または G の場合、対合はそれほど特異的ではなく、実際には 2 つの塩基が tRNA によって互換的に認識されます。イノシンは、アンチコドンの最初のヌクレオチドである場合、元のコドンの 3 つの塩基のいずれも tRNA と一致できるという点で、真のゆらぎの性質を示します。
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化され、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 が必要になります。
すべての可能なコドン（3つの終止コドンを除く61）を満たすための最小要件は32のtRNAです。つまり、アミノ酸用の31のtRNAと1つの開始コドンです。^[8]

tRNA塩基対形成スキーム

ウォブルペアリングルール。ワトソン-クリック塩基対は太字で表示されます。括弧は、機能するがあまり好まれない結合を示します。先頭の x は、（一般に）後続の塩基の派生を示します。

生物学的重要性

細胞内のtRNAの量は限られており、ウォブルによって柔軟性が高まるという、ウォブルの必要性とは別に、ウォブル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ウォブル塩基対が存在します。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をそのアミノ酸と結合することです。これらのアミノアシル化されたtRNAはmRNA転写物の翻訳に進み、アミノ酸のコドンに接続する基本要素となります。^[1]ウォブル塩基対の必要性は、グアニン-ウラシルのペアリングが自然なグアニン-シトシンのペアリングに変更される実験を通じて実証されています。オリゴリボヌクレオチドは Gene Assembler Plus で合成され、アラニンの tRNA をコードすることが知られている DNA 配列全体に広げられ、これらの新しい tRNA の産物に対して 2D-NMR が実行され、ウォブル tRNA と比較されました。結果は、ウォブル塩基対が変化すると構造も変化し、アルファヘリックスが形成されなくなることを示しています。アルファ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、合成酵素はアミノ酸アラニンをアラニンの tRNA に結合しません。このウォブル塩基対は、大腸菌におけるアミノ酸アラニンの使用に不可欠であり、ここでの重要性は多くの関連種での重要性を暗示しています。^{[10]アミノアシルtRNA合成酵素と}大腸菌tRNAゲノムの詳細については、外部リンクのアミノアシルtRNA合成酵素に関する情報とゲノムtRNAデータベースを参照してください。

参照

脚注

^ これらの関係は、正しい読み取りフレーム内の完全なコドンとアンチコドンとともに、次のサイトでさらに詳しく確認できます: SBDR (2008-04-15)。「遺伝コードとアミノ酸翻訳」。Society for Biomedical Diabetes Research。2014-11-04の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現代的な見解については、doi:10.1093/nar/gkh185 を参照してください。

参考文献

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外部リンク

tRNA、アダプター仮説、およびウォブル仮説
コドンとアンチコドン間のウォブル塩基対形成
遺伝暗号とアミノ酸翻訳
アミノアシルtRNA合成酵素の情報
ゲノムtRNAデータベース

[9] これらの関係は、正しい読み取りフレーム内の完全なコドンとアンチコドンとともに、次のサイトでさらに詳しく確認できます: SBDR (2008-04-15)。「遺伝コードとアミノ酸翻訳」。Society for Biomedical Diabetes Research。2014-11-04の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現代的な見解については、doi:10.1093/nar/gkh185 を参照してください。

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[3] Lowe, Todd; Chan, Patricia (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よりアーカイブ。 2015年10月31日閲覧。

[4] Crick, FHC (1966年8月). 「コドン—アンチコドンペアリング：ウォブル仮説」(PDF) . Journal of Molecular Biology . 19 (2): 548–555. CiteSeerX 10.1.1.693.2333 . doi :10.1016/S0022-2836(66)80022-0. PMID 5969078. 2016年3月4日時点のオリジナルよりアーカイブ(PDF) . 2015年10月31日閲覧。

[5] マシューズ、クリストファー・K.; ヴァン・ホールド、KE; アプリング、ディーン; 他編 (2012)。生化学(第4版)。トロント: プレンティス・ホール。p. 1181。ISBN 978-0-13-800464-4。

[6] ドナルド、ヴォート;ヴォート、ジュディス (2011)。生化学(第 4 版)。ニュージャージー州ホーボーケン：ジョン・ワイリー＆サンズ。 1360–1361ページ。ISBN 9780470570951。

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[8] Cox, Michael M.; Nelson, David L. (2013). 「タンパク質代謝: ウォブルにより一部の tRNA が複数のコドンを認識できるようになる」 Lehninger 生化学の原理 (第 6 版) ニューヨーク: WH Freeman. pp. 1108–1110. ISBN 9780716771081. 2015年10月31日閲覧。

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