ウォブルベースペア

ウォブル塩基対は、 RNA分子内の2 つのヌクレオチド間のペアリングで、ワトソン・クリック塩基対の規則に従わないものです。^[¹^] 4 つの主なウォブル塩基対は、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 )、およびヒポキサンチン–シトシン( I–C ) です。核酸命名法の一貫性を保つために、ヒポキサンチンはイノシンの核酸塩基であるため、ヒポキサンチンには「I」が使用されます。^[²^]それ以外の命名法は、核酸塩基とその対応するヌクレオシドの名前に従います (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」が使用されます)。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と同程度です。ウォブル塩基対はRNA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ある。

簡単な歴史

遺伝暗号には、 ^4³ = 64 種類のコドン (3ヌクレオチド配列)があります。翻訳には、これらの各コドンに、安定的に相補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・クリック塩基対合を使用して相補的な mRNA コドンと対合する場合、64 種類の tRNA 分子が必要になります。標準遺伝暗号では、これらの 64 種類の 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 分子ではなく放出因子に結合することによって翻訳を終了させるため、標準的な対合では 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 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合することができます。1966 年、フランシス・クリックはこのことを説明するためウォブル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約されておらず、したがって非標準的な塩基対合が可能であると仮定した。^[⁴^]クリックは、この 3 番目のコドン位置で発生するわずかな「遊び」または揺れにちなんで、独創的に名前を付けた。5' アンチコドン位置の塩基の動き (「揺れ」) は、tRNA のアンチコドンの全体的な対合幾何学に影響を与える小さな立体構造の調整に必要である。^[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、ワトソン・クリック型以外の塩基対形成が起こる可能性があります。^{[ 7 ]}

ウォブル仮説

これらの考えから、フランシス・クリックは、これらの自然発生的な特性を説明する4つの関係性からなる「揺れ仮説」を提唱した。

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のアンチコドンと強く結合するため、コード特異性を生み出す。
5'から3' の方向に読み取ると、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 が実際に識別でき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、ワトソン・クリックの元の対合が認識されます。つまり、その tRNA には 1 つの特定のコドンのみが対合できます。最初のヌクレオチドが U または G の場合、対合の特異性は低くなり、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。イノシンはウォブルの真の特性を示し、アンチコドンの最初のヌクレオチドがイノシンである場合、元のコドンの 3 つの塩基のいずれも tRNA と対合できます。
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が必要となる。
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。これは、アミノ酸用の31個のtRNAと1つの開始コドンです。^{[ 8 ]}

塩基対形成スキーム

tRNAでは

ウォブルペアリングのルール。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、機能するものの、あまり好まれない結合を示します。先頭の x は、（一般的に）それに続く塩基の誘導体を示します。

塩基対強度のデータソース

生物学的重要性

ウォブルの必要性とは別に、細胞には限られた量の tRNA しかなく、ウォブルによって柔軟性が高まることに加え、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、合成酵素の役割は t 字型の RNA をアミノ酸と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 転写の翻訳に進み、アミノ酸のコドンに結合させる基本的な要素となります。^[¹^]ウォブル塩基対の必要性は、グアニン-ウラシル対合を自然なグアニン-シトシン対合に変更する実験によって示されています。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配列上に展開された。次に、これらの新しいtRNAの産物に対して2D-NMR測定を行い、ウォブルtRNAと比較した。その結果、ウォブル塩基対が変化すると構造も変化し、αヘリックスが形成されなくなることが示された。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ったため、合成酵素はアミノ酸アラニンとアラニンのtRNAを結合しない。このウォブル塩基対形成は、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、ここでのその重要性は、多くの関連種においても重要であることを示唆している。^[¹⁰^]アミノアシルtRNA合成酵素と大腸菌tRNAのゲノムに関する詳細情報は、外部リンク「アミノアシルtRNA合成酵素とゲノムtRNAデータベースに関する情報」を参照してください。

脚注

↑これらの関係性、および正しい読み取り枠内の完全なコドンとアンチコドンについては、以下でさらに詳しく観察できます。SBDR (2008-04-15). "遺伝暗号とアミノ酸翻訳" . Society for Biomedical Diabetes Research . 2014-11-04 のオリジナルからアーカイブ済み. 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揺動塩基対形成
遺伝暗号とアミノ酸翻訳
アミノアシルtRNA合成酵素に関する情報
ゲノムtRNAデータベース

[9] これらの関係性、および正しい読み取り枠内の完全なコドンとアンチコドンについては、以下でさらに詳しく観察できます。SBDR (2008-04-15). "遺伝暗号とアミノ酸翻訳" . Society for Biomedical Diabetes Research . 2014-11-04 のオリジナルからアーカイブ済み. 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。

[Campbell_9th-1] 1 2 Campbell N、Reece 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]。

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[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日のオリジナルからアーカイブ。 2015年10月31日取得。

[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)。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。ページ1360–1361。ISBN 978-0-470-57095-1。

[7] Varani G、McClain WH (2000年7月)。「G x U ウォブル塩基対。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：ウォブルにより一部のtRNAは複数のコドンを認識できる」『レーニンジャー生化学原理』（第6版）ニューヨーク：WH Freeman、pp. 1108–1110。ISBN 978-0-7167-7108-12015年10月31日に取得。

[10] Murphy FV、Ramakrishnan V (2004年12 月)。「リボソームのデコードセンターにおけるプリン-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。

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