Нейтральная эволюция сделала нормой нестандартный генетический код у инфузорий из рода Euplotes

Со школьных лет мы привыкли думать, что триплетный генетический код универсален для всех живых существ на Земле. Природа, однако, не была бы природой, если бы не делала исключений из собственных правил. Так, у самых разных организмов известно большое число примеров нестандартных кодонов. Например, UGA является стоп-кодоном, однако у Colpoda inflata это смысловой кодон, кодирующий триптофан. Но подобные вариации укладываются в стандартную триплетную схему. А бывает ли иначе?

Мутации сдвига рибосомной рамки считывания (СРРС) чаще всего вредны, поскольку обычно приводят к трансляции нефункционального белка. Однако, у многих организмов, в том числе у человека, существует программный сдвиг рибосомной рамки считывания - редкий механизм, при котором такой сдвиг производится целенаправленно. Эффективность такой системы низка, и она требует дополнительных инструментов для повышения своей эффективности, таких как специальная вторичная структура РНК. Программный сдвиг более характерен для вирусов, но даже у них он является исключением из общего правила.

Инфузории Euplotes давно известны тем, что у них в геноме удивительно велико число сдвигов рибосомной рамки считывания (СРРС). Международная группа учёных, включая специалистов из МГУ и ИППИ РАН, присмотрелась к геному этих удивительных инфузорий, и обнаружила, что СРРС в геноме Euplotes совсем не похож на программный сдвиг у других организмов. Он не требует вспомогательных белков или особых структур РНК, его эффективность очень высока, и не наблюдается снижение числа рибосом в регионах ниже сайта сдвига. Кодоны, которые у других организмов приводят к остановке трансляции, у Euplotes кодируют сдвиг рибосомы на один или два нуклеотида вперёд, нарушая триплетное правило. Но как тогда останавливается трансляция белка? Судя по всему, стоп-кодоны могут вернуть свой изначальный смысл в зависимости от того, в каком участке РНК они находятся. Такой механизм известен и у других организмов, у которых стоп-кодоны имеют больше одной смысловой функции. Таким образом, к сдвигу рибосомной рамки приводят только преждевременные стоп-кодоны.

Авторы попытались выяснить детали эволюции этой необычной системы. Прежде всего, выяснилось, что СРРС возникали в 10 раз чаще, чем утрачивалсь. Во-вторых, расчёты показали, что геном Euplotes, похоже, пока ещё находится в начале накопления своих СРРС. В-третьих, авторы рассмотрели возможную пользу и вред от таких мутаций, и выдвинули нейтральную теорию, которую считают более убедительной. Суть её в том, что как только организм научился превращать преждевременные стоп-кодоны в сигналы для сдвига рибосомной рамки считывания, число таких кодонов будет расти, поскольку они уже не оказывают того вредного эффекта (преждевременная остановка трансляции), какой наблюдается у большинства других организмов с такими мутациями. После накопления определённого числа сдвигов, данное изменение стало необратимым, так как реверс-мутации приведут к неправильной трансляции множества генов. Таким образом, накопление мутаций сдвига рибосомной рамки считывания у Euplotes невидимо для отбора.

Источник: www.pnas.org

Комментарии: