金宝搏手机旗舰厅app登录质粒101:密码子使用偏

发布者泰勒福特在2018年9月27日上午9时09分41秒


一个相似的遗传密码由地球上大多数生物使用,但不同的生物对他们使用的编码特定氨基酸的密码子不同的喜好。因为有4个碱基(A,T,C和G),并在每个密码子位置3这是可能的。有64因此可能的密码子,但只有20个氨基酸和3个终止密码子,以编码留下41个密码子下落不明。其结果是冗余;多个密码子编码单氨基酸。进化约束具有模制的,其密码子使用优先在有机体 - 生物具有密码子使用偏好。

密码子图你可以找到许多密码子表示出了密码子编码哪些氨基酸(见例如右侧)。有了这样简单的规则,你可能会觉得它很容易拿出一个可行的DNA序列来编码您感兴趣的肽,并产生在您选择的有机体,肽。不幸的是,密码子偏好性使它所以你不能随意的可能的密码子中进行选择,并期待您的序列中的任何生物表现良好。

那么,什么是进化的制约导致这些喜好,我们能做些什么呢?请仔细阅读,找出答案!

生物为什么有不同的密码子使用的偏见?

对于生物体之间不同的密码子偏爱的原因尚不完全清楚,但一些可能的原因包括:

    1. 代谢压力- 它需要细胞资源以产生识别不同的密码子的tRNA,正确修改的tRNA,并用适当的氨基酸收取的tRNA。如果一个有机体仅使用密码子的一个子集,它仅需要产生带电tRNA的一个子集,因此可能需要更少的资源在整个翻译过程。例如,在高生长速率的条件下,大肠杆菌优先上调产能识别的高表达基因的密码子发现tRNA的(Emilsson和库兰,1990年)。

    2. 通过基因序列控制基因表达- 由具有低丰度或充电不足的密码子的tRNA编码的蛋白质可以在比由高度丰富的,带电的tRNA编码的蛋白质更低的速率来产生。例如土佬等人。发现,翻译的效率以及与这两个密码子偏相关大肠杆菌酿酒酵母

    3. 蛋白质折叠- 如果一个蛋白由密码子具有高度和不良带电的tRNA的混合物编码时,蛋白质的不同区域,可以以不同的速率平移。核糖体将很快待着呼吁丰富,带电tRNA的地区,但将在要求低丰度,充电不足的tRNA地区失速。当核糖体档,这可能会给迅速翻译区域机会正确折叠。例如Pechmann和而弗发现非最佳密码子束在10密切相关的酵母菌株与特定的二级结构有关。

    4. 适应不断变化的条件- 生物往往需要表达在不同条件下不同水平的基因。具有不同的密码子使用,生物体可以改变其蛋白质高度表达,这是通过产生和充电具体tRNA库中表达差。例如,在tRNA的基因中使用的编码氨基酸生物合成的酶可以期间从而导致较高的生产氨基酸生物合成酶的氨基酸饥饿被优先充电(迪特马等人,2005年)。

如何密码子使用偏好影响我的实验?

虽然密码子的偏好可以成为有机体非常有用,他们可以为研究人员试图将问题快递蛋白质在异源宿主。如果单纯从人类基因组扩增的目的基因,例如,它可能无法在所有的表达大肠杆菌(你可以在网上找到各种数据库显示各种生物的密码子偏好)。即使基因被翻译,它可能无法正常工作。这是人类之间的不匹配的结果大肠杆菌密码子偏爱。在人类中常用的一些密码子不是在所有常见大肠杆菌反之亦然。当翻译这些密码子,核糖体可因此停滞在不适当的位置或失败通过分别导致产生无功能的蛋白和蛋白片段的整个转录物做出来。

解决密码子使用偏好的问题 - 密码子优化和替代的tRNA的表达

密码子优化

与低成本的DNA的合成,主要方式研究者解决密码子选择的问题之一是再合成基因以这样的方式它们的密码子是更适合于所需的表达宿主。这就是所谓的“密码子优化”。虽然在理论上很简单,这不是那么容易,因为它的声音。即使是相对短肽,可以有它们编码多种可能的方式和什么是“适当的”密码子不一定明显。

你可能会认为,“胡说!I should just choose the codon with the most abundant pool of charged tRNAs in my host organism for every amino acid I’d like to encode,” but, as described above, not every region of a protein should necessarily be translated rapidly to produce a protein that functions properly.

然后,你可能会想,“好吧,我只是确保我选择主机匹配的天然生物使用的密码子的丰度的密码子的丰度。”这可能是一个更好的主意,并已在过去成功地使用(Angov等人,2008年),但仍有更多的功能设计一个完整的基因时需要考虑的。非穷尽列表包括:

  • 丰相对于相关tRNA丰密码子
  • 重复序列
  • 酶切位点
  • 序列倾向于创建在RNA转录物的二级结构
  • 对转录影响(请记住,这不是所有关于翻译 - 例如密码子的选择可能会中断转录因子结合位点)

正如你可能想象,这是不容易为人类所有这些因素平衡自己。幸运的是,许多研究人员已经密码子优化算法和DNA合成等公司的创建IDT金斯瑞主机在线密码子优化工具。请记住,只是因为你与优化这些工具之一的基因,这并不一定意味着该基因会表达好。如果你得到很好的体现,你也应该在功能上分析产生的,以确保它正确折叠的蛋白质。

您可能能够避免让你感兴趣的基因密码子从Addgene公司包含它们的排序质粒进行了优化。如果在Addgene公司的质粒中包含一个已经密码子特殊生物优化的基因,这将有时(但不总是)将在质粒页面上的“突变”字段(见注意质粒87904例如)。由于许多可用的质粒从Addgene公司现在有全序列数据我们建议您直接在您的实验使用它们之前分析,为您表达宿主密码子优化和适应性的基因序列。

替代的tRNA表达

如果你没有时间或资金来合成目的基因的密码子优化的版本,有可能过表达的低丰度的tRNA的表达宿主,从而提高他们的丰盈。例如,商业罗塞塔大肠杆菌菌株表达各种tRNA的那些在低丰度通常发现大肠杆菌

生产额外的tRNA的好处是,你可以使用许多不同基因表达相同的系统,而无需创建新的结构。然而,由于诸如不匹配的翻译率和对细胞生长的潜在影响,问题产生替代的tRNA甚至主人可能不会表现出充分的金额你感兴趣的蛋白质。

无论您选择何种克服周围密码子选择的问题,这些问题的方法,你应该有一些方法来确保你正确地产生作用的蛋白质。过表达可以导致产生已知为包涵体期间纯化过程通常将分离与细胞沉淀蛋白的不溶性的,非功能性的水珠。即使你产生大量的蛋白质的你表达宿主选择的,你应该进行功能测试,以确保您的蛋白质不形成包涵体和正确折叠。

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参考

1. Angov,埃维莉娜,等。“异源蛋白质的表达通过与这些表达宿主的协调靶基因的密码子使用频率的提高。”公共科学图书馆·一个3.5(2008):e2189。考研结论:18478103。PubMed中心PMCID:PMC2364656

2。迪特马,金佰利A等。“酰tRNA的选择性充电isoacceptors由氨基酸饥饿诱导”。EMBO报告6.2(​​2005):151-157。考研结论:15678157。PubMed中心PMCID:PMC1299251

3。Emilsson,瓦鲁尔足球俱乐部,和查尔斯·库兰。“在大肠杆菌转移RNA丰度的生长速率的依赖。”该EMBO杂志9.13。(1990):4359-4366。考研结论:2265611。PubMed中心PMCID:PMC552224

4.古斯塔夫森,克拉斯,斯里达尔戈文达拉扬,和Jeremy Minshull。“密码子偏倚和异源蛋白的表达。”生物技术的发展趋势22.7(2004):346-353。考研结论:15245907

5。梅尔滕斯,巴巴拉,等。“基因优化机制:一种多基因的研究揭示了在大肠杆菌中表达全长人类蛋白质的成功率很高。”蛋白质科学188棋牌游戏19.7(2010):1312年至1326年。考研结论:20506237。PubMed中心PMCID:PMC2970903

6. Pechmann,塞巴斯蒂安,和Judith弗吕德曼。“密码子最优的进化保守揭示共翻译折叠隐藏签名。”自然结构与分子生物学杂志20.2(2013):237搜索PubMed结论:23262490。PubMed中心PMCID:PMC3565066

7. Quax,泰莎EF。,等人。“密码子偏倚,以微调基因表达的一种手段。”分子细胞59.2(2015):149-161。考研结论:26186290PubMed中心PMCID:PMC4794256

  • 本文综述了密码子使用偏好的一个很好的概述

8。土佬,塔米尔,等。“翻译效率由两个密码子偏倚和折叠能量来确定。”国家科学学院院刊188棋牌游戏107.8(2010):3645-3650。考研结论:20133581。PubMed中心PMCID:PMC2840511

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