Hipoteza zasadzki
Hipoteza zasadzki jest hipotezą z dziedziny genetyki molekularnej , która sugeruje , że rozpowszechnienie „ukrytych” lub pozaramkowych kodonów stop w DNA selektywnie powstrzymuje translację mRNA poza ramką, aby oszczędzać energię, zasoby molekularne i zmniejszać obciążenie biosyntetyków. maszyn poprzez ograniczenie produkcji niefunkcjonalnych, potencjalnie cytotoksycznych produktów białkowych. Typowe sekwencje kodujące DNA nie zawierają wewnętrznych kodonów stop w ramce, aby uniknąć przedwczesnej redukcji produktów białkowych, gdy translacja przebiega normalnie. Hipoteza zasadzki sugeruje, że kinetyczne, cis -działające mechanizmy są odpowiedzialne za produktywne przesuwanie ramek jednostek translacyjnych, tak że degeneracja kodu genetycznego może być wykorzystana do zapobiegania szkodliwej translacji. Poślizg rybosomalny jest najlepiej opisanym mechanizmem przesunięcia ramki translacji, w którym rybosom przesuwa się o jedną pozycję kodonu do przodu (+1) lub do tyłu (-1), aby tłumaczyć sekwencję mRNA w innej ramce odczytu, a tym samym wytwarzać różne produkty białkowe.
Jeśli chodzi o użycie kodonów, hipoteza zasadzki zakłada, że istnieje dodatnia korelacja między użyciem kodonu a ilością, jaką kodon przyczynia się do ukrytych przystanków. Analizy filogenetyczne zarówno genomów jądrowych, jak i mitochondrialnych wszystkich głównych królestw taksonomicznych sugerują wszechobecne istnienie kodonów stop poza ramką i dodatnią korelację między częstotliwością użycia kodonu a liczbą sposobów, w jakie kodon może przyczynić się do ukrytych kodonów stop w różnych odczytach translacyjnych ramki.
kodach genetycznych zastosowano kombinatorykę , aby określić, w jaki sposób każdy kodon w ramce może potencjalnie przyczynić się do kodonów stop w kontekstach poza ramką. Standardowy kod genetyczny zawiera tylko 20 kodonów, które nie mogą stać się kodonami stop w środowisku rybosomalnym z przesunięciem ramki odczytu (zmiana ramki odczytu -1: 42, zmiana ramki odczytu +1: 28) i 127 z 400 (31,75%) możliwych sąsiadujących kombinacji aminokwasów w mitochondrialnym kręgowcu kod tworzy pozaramkowy kodon stop. Sugeruje to, że podstawienia i użycie synonimicznych kodonów nie są neutralne i że presje selekcyjne mogły ponownie dostosować przypisania kodonów, aby zwiększyć częstotliwości tych, które można wykorzystać jako ukryte przystanki.
Obserwacje, że liczba kodonów stop poza ramką jest dodatnio skorelowana z poziomem ekspresji genu, potwierdzają hipotezę zasadzki poprzez zwiększenie regulacji translacji (ukryta częstotliwość zatrzymania), aby zniechęcić do czytania poza ramką w genach, które ulegają ekspresji na wysokim poziomie. Dodatnia korelacja wskazuje, że translacja większych genów z wyższymi poziomami ekspresji poza ramką prawdopodobnie kosztuje komórkę więcej energii, zasobów i wydajności szlaku niż translacja mniejszych, rzadszych genów w przesuniętej ramce odczytu. Częstotliwość kodonów stop poza ramką jest ujemnie skorelowana z ciąży u naczelnych i chociaż istnieje wiele czynników, które łączą wydajność translacji molekularnej z tempem morfogenezy , odkrycia te sugerują, że nie tylko pojedyncze komórki, ale całe organizmy mogą odnieść korzyści z rozwoju ukrytego stopu kodonów, aby skutecznie zatrzymać syntezę poza ramką.
Hipoteza zasadzki jest kwestionowana przez ostatnie obserwacje, że kodony stop poza ramką są bezpośrednio skorelowane z zawartością GC w genomie, ponieważ kodony stop są ubogie w GC. Morgens i in. 2013 argumentuje, że poprzednie badania dotyczące hipotezy zasadzki opierały się na danych dotyczących wykorzystania kodonów, które są reprezentatywne dla zawartości GC organizmu, a zatem nie są odpowiednie do oceny selektywnego efektu kodonów stop poza ramką.