Only Perception: 科學家發現新的遺傳次密碼

2010-05-06

科學家發現新的遺傳次密碼

Scientists discover new genetic sub-code
http://www.physorg.com/news190645409.html

April 16, 2010

在一項跨學科的嘗試中，來自 ETH Zurich 生物學系的 Yves Barral 教授以及來自 ETH Zurich 電腦科學系與 SIB Swiss 生物資訊研究所的電腦科學家 Gina Cannarozzi 博士以及 Gaston Gonnet 教授，合力在基因組資訊中追尋可能的次密碼（sub-codes，子密碼）。這項研究將發表在今日當期 Cell 期刊中，致使確認新序列偏差（novel sequence biases）以及它們在基因組表現控制中的角色。

生物體的每個細胞包含其基因組的一份拷貝，那是去氧核糖核酸（DNA）的序列。細胞能將某些編碼序列轉譯成不同的蛋白質，其為生物體的生長、某些組織的修補以及能量的供應所需。對於這種轉譯工作，細胞遵循一種由「遺傳密碼（編碼）」所提供的解碼程序。遺傳密碼自 1960 年代初期就為人所知。

來自 ETH 與 SIB 的研究者現在確認一種新的次密碼，那決定細胞必須要以何種速率製造給定產物。這種資訊有幾種有趣的影響。首先，那對於解碼機器如何運作提供了新的洞見。其次，也更實際地，那使得直接從基因組序列讀取關於基因表現速率之資訊成為可能，到目前為止，這種資訊僅能透過費力且昂貴的實驗方法獲得，例如（基因）微陣列。

"一個細胞必須要對於 DNA 損傷這樣的傷害以及像砷這樣的強力毒物作出迅速反應。這種新的次密碼讓我們了解那個基因在這些損害（insults）之後迅速開啟，那個表現的最緩慢。此研究的優勢之一是，我們現在僅透過編碼序列的分析就能獲得這種資訊，" Dr. Gina Cannarozzi 說。

此外，這種新的次密碼提供了分子層次上之細胞過程（cellular processes）的洞見。在每個活細胞中，轉譯讓蛋白質的製造在特化的工廠 -- 核醣體（ribosomes，核糖體） -- 中發生。這種新奇次密碼的發現，將因而提供更多關於核醣體功能的資訊。事實上，到目前為止所收集的資料指出，這些工廠會回收它們自己的元件，tRNAs（轉移RNA，transfer RNA），以便將蛋白質合成的速度最佳化。這種新調控轉譯方法的發現，有可能用來更有效率地製造治療性藥劑（therapeutic agents）與研究試劑。例如，許多治療性藥物（如胰島素）的生產，是透過在外來宿主（例如大腸桿菌或啤酒酵母菌）中表現某蛋白質。新次密碼現在能用來改寫資訊，例如以更合理的方式最佳化外來宿主的生產量。

※ 相關報導：

＊ A Role for Codon Order in Translation Dynamics
http://www.cell.com/abstract/S0092-8674(10)00189-3

Gina Cannarozzi, Nicol N. Schraudolph, Mahamadou Faty,
Peter von Rohr, Markus T. Friberg, Alexander C. Roth,
Pedro Gonnet, Gaston Gonnet, and Yves Barral
Cell, Volume 141, Issue 2, 355-367, 16 April 2010
doi: 10.1016/j.cell.2010.02.036

Here, we show that in coding sequences, once a particular codon（密碼子）has been used, subsequent occurrences of the same amino acid do not use codons randomly, but favor codons that use the same tRNA. The effect is pronounced in rapidly induced genes, involves both frequent and rare codons and diminishes only slowly as a function of the distance between subsequent synonymous codons. Furthermore, we found that in S. cerevisiae codon correlation accelerates translation relative to the translation of synonymous yet anticorrelated sequences. The data suggest that tRNA diffusion away from the ribosome is slower than translation, and that some tRNA channeling takes place at the ribosome. They also establish that the dynamics of translation leave a significant signature at the level of the genome.