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dodou銀蟲(chóng) (正式寫(xiě)手)
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稀有密碼子
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稀有密碼子(轉(zhuǎn)載) 遺傳密碼有64種,但是絕大多數(shù)生物傾向于利用這些密碼子中的一部分。那些被最頻繁利用的稱(chēng)為最佳密碼子(optimal codons),那些不被經(jīng)常利用的稱(chēng)為稀有或利用率低的密碼子(rare or low-usage codons)。實(shí)際上用做蛋白表達(dá)或生產(chǎn)的每種生物(包括大腸桿菌,酵母,哺乳動(dòng)物細(xì)胞,Pichia,植物細(xì)胞和昆蟲(chóng)細(xì)胞)都表現(xiàn)出某種程度的密碼子利用的差異或偏愛(ài)。大腸桿菌、酵母、果蠅、靈長(zhǎng)類(lèi)等每種生物都有獨(dú)特的8個(gè)密碼子極少被利用。有趣的是,靈長(zhǎng)類(lèi)和酵母有6個(gè)同樣的利用率低的密碼子。大腸桿菌、酵母和果蠅中編碼豐度高的蛋白質(zhì)的基因明顯避免低利用率的密碼子。因此,重組蛋白的表達(dá)可能受密碼子利用的影響(尤其在異源表達(dá)系統(tǒng)中)的事實(shí)并不很奇怪。你的基因利用的密碼子可能不是你正在利用的蛋白生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行高水平表達(dá)所偏愛(ài)的密碼子,這種情況是可能的。利用偏愛(ài)密碼子(preferred codons)并避免利用率低的或稀有的密碼子可以合成基因,基因的這種重新設(shè)計(jì)叫密碼子最佳化。 在同源表達(dá)系統(tǒng)中,同較低水平表達(dá)的基因相比,較高表達(dá)的基因可能有很不同的密碼子偏愛(ài)。通過(guò)對(duì)密碼子利用的歸類(lèi)分析,人們可以真正預(yù)測(cè)任何基因在酵母中的表達(dá)水平。在諸如Zea mays的其他生物中,大量高表達(dá)基因強(qiáng)烈偏愛(ài)以G或C結(jié)尾的密碼子。而且,在Dictyostelium中,同低水平表達(dá)的基因比較,高表達(dá)基因有較大數(shù)目的偏愛(ài)密碼子。 在大腸桿菌中表達(dá)哺乳動(dòng)物基因是不可預(yù)測(cè)和具有挑戰(zhàn)的。例如直到最近才實(shí)現(xiàn)了人血紅蛋白的過(guò)表達(dá)。為了達(dá)到血紅蛋白的好的表達(dá)水平,Alpha-球蛋白 cDNA不得不用大腸桿菌偏愛(ài)的密碼子進(jìn)行重新合成。在異源宿主中實(shí)現(xiàn)象血紅蛋白這樣復(fù)雜的蛋白質(zhì)的過(guò)表達(dá)可能需要最佳化密碼子,這些研究者為此提供了令人信服的資料。成簇的低利用率的密碼子抑制了核糖體的運(yùn)動(dòng),這是基因不能以合適水平表達(dá)的一個(gè)明顯機(jī)制。核糖體翻譯由九個(gè)密碼子組成的信使(含幾個(gè)低利用率密碼子或全部為低利用率密碼子)時(shí)的運(yùn)動(dòng)速度要比翻譯不含低利用率密碼子的同樣長(zhǎng)的信使的速度慢。即使低利用率密碼子簇位于3'端,信使最后也會(huì)被核糖體”擁擠”而損害,核糖體又回到5'端。3'端低利用率密碼子簇的抑制效應(yīng)可以和全部信使都由低利用率密碼子組成的抑制效應(yīng)一樣大。如果低利用率密碼子簇位于5'端,其效應(yīng)是起始核糖體數(shù)目的全面減少,導(dǎo)致蛋白合成中信使的低效率。散在分布的稀有密碼子對(duì)翻譯的效應(yīng)還未很好地研究,但是有證據(jù)表明這種情況的確對(duì)翻譯效率有負(fù)面效應(yīng)。 其他因素也可以影響蛋白表達(dá),包括使mRNA去穩(wěn)定的序列。重新設(shè)計(jì)合成基因可以去除或改變這些序列,導(dǎo)致高水平表達(dá)。消除稀有密碼子、去除任何去穩(wěn)定序列和利用最佳密碼子的基因的重新設(shè)計(jì)都可能增加蛋白產(chǎn)量,使的蛋白生產(chǎn)更有效和經(jīng)濟(jì)。 不同物種有不同的密碼子偏愛(ài)性,如果外源蛋白中含大量大腸桿菌的稀有密碼子,特別當(dāng)這些稀有密碼子呈連續(xù)分布的時(shí)候,就會(huì)造成蛋白表達(dá)量極低,或者翻譯提前終止。Rosetta™是為了表達(dá)真核蛋白而特別設(shè)計(jì)的,它含有大腸桿菌稀有的密碼子tRNA,包括 AUA,AGG,AGA,CUA,CCC和GGA。它們以氯霉素抗性的質(zhì)粒形式存在。Rosetta系列是來(lái)自BL21lacY1,所以它具有 BL21lacY1的所有特性。 |
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