Войти
Консенсусная последовательность Козака (Консенсус Козака или последовательность Козака ) представляет собой мотив нуклеиновой кислоты, который функционирует как сайт инициации трансляции белка в большинстве эукариот мРНК стенограммы. Рассматриваемая как оптимальная последовательность для инициации трансляции в эукариотах, последовательность является неотъемлемым аспектом регуляции белка и общего здоровья клетки, а также имеет значение при заболеваниях человека. Это гарантирует, что белок правильно транслируется из генетического сообщения, опосредуя сборку рибосом и инициацию трансляции. Неправильный начальный сайт может привести к нефункциональным белкам. По мере того, как он стал более изученным, возникли расширения нуклеотидной последовательности, важные основания и заметные исключения. Последовательность была названа в честь открывшего ее ученого Мэрилин Козак. Козак обнаружил последовательность посредством подробного анализа геномных последовательностей ДНК.
Последовательность Козака не следует путать с сайтом связывания рибосомы (RBS), который является либо 5 'Cap информационной РНК или внутреннего сайта входа в рибосому (IRES).
Последовательность Козака была определена путем секвенирования 699 мРНК позвоночных и подтверждена сайт-направленным мутагенезом. Первоначально ограничиваясь подгруппой позвоночных (например, человека, коровы, кошки, собаки, курицы, морской свинки, хомяка, мыши, свиньи, кролика, овцы и Xenopus ), последующие исследования подтвердили ее сохранение в более высоких эукариоты вообще. Последовательность была определена как 5'- (gcc) gccRcc AUG G-3(нотация IUPAC азотистого основания обобщена здесь), где:
AUG представляет собой кодон инициации, кодирующий аминокислоту метионин на N-конце белка. (Редко GUG используется в качестве инициирующего кодона, но метионин по-прежнему является первой аминокислотой, поскольку это мет-тРНК в инициирующем комплексе, который связывается с мРНК). Вариация в последовательности Козака изменяет ее «силу». Сила последовательности Козака относится к благоприятности инициации, влияющей на то, сколько белка синтезируется из данной мРНК. Нуклеотид A "AUG" обозначен как +1 в последовательностях мРНК, а предыдущее основание обозначено как -1. Для «сильного» консенсуса нуклеотиды в положениях +4 (т. Е. G в консенсусе) и -3 (т. Е. A или G в консенсусе) относительно нуклеотида +1 должны оба совпадать с консенсусом (положение 0 отсутствует.). «Адекватный» консенсус имеет только 1 из этих сайтов, а «слабый» консенсус - ни одного. CC при -1 и -2 не так сохранены, но вносят вклад в общую силу. Есть также свидетельства того, что G в позиции -6 важен для инициации трансляции. В то время как положения +4 и -3 в последовательности Козака имеют наибольшее относительное значение в установлении благоприятного инициирующего контекста, было обнаружено, что мотив СС или AA в -2 и -1 играет важную роль в инициации трансляции у табака и кукурузы. растения. Было обнаружено, что синтез белка в дрожжах сильно зависит от состава последовательности Козака в дрожжах, при этом обогащение аденином приводит к более высоким уровням экспрессии генов. Субоптимальная последовательность Козака может позволить PIC просканировать первый сайт AUG и начать инициацию с нижележащего кодона AUG.
A логотип последовательности, показывающий наиболее консервативные основания вокруг инициирующего кодона из более чем 10 000 человеческих мРНК. Более крупные буквы указывают на более высокую частоту включения. Обратите внимание на больший размер A и G в позиции 8 (−3, позиция Козака) и у G в позиции 14, которая соответствует (+4) позиции в последовательности Козака. рибосома собирается на стартовом кодоне (AUG), расположенном в последовательности Козака. Перед инициацией трансляции сканирование выполняется пре-инициационным комплексом (PIC). PIC состоит из 40S (малой субъединицы рибосомы), связанной с тройным комплексом, eIF2 -GTP-intiatorMet тРНК (TC) с образованием 43S рибосомы. При содействии нескольких других факторов инициации (eIF1 и eIF1A, eIF5, eIF3, polyA-связывающий белок ) он привлекается к 5 ' конец мРНК. МРНК эукариот кэпируется нуклеотидом 7-метилгуанозина (m7G), который может помочь рекрутировать PIC в мРНК и инициировать сканирование. Это рекрутирование в 5'-кэп m7G подтверждается неспособностью эукариотических рибосом транслировать кольцевую мРНК, которая не имеет 5'-конца. Как только PIC связывается с мРНК, он сканирует, пока не достигнет первого кодона AUG в последовательности Козака. Это сканирование называется сканирующим механизмом инициирования.
Обзор эукариотической инициации, показывающий формирование PIC и метод сканирования инициации. Сканирующий механизм инициации запускается, когда PIC связывает 5'-конец мРНК. Сканирование стимулируется белками Dhx29 и Ddx3 / Ded1 и eIF4. Dhx29 и Ddx3 / Ded1 представляют собой геликазы DEAD-бокса, которые помогают раскручивать любую вторичную структуру мРНК, которая может препятствовать сканированию. Сканирование мРНК продолжается до тех пор, пока не будет достигнут первый кодон AUG на мРНК, это известно как «Правило первого AUG». Хотя существуют исключения из «правила первого AUG», большинство исключений имеют место для второго кодона AUG, который расположен на 3-5 нуклеотидов ниже первого AUG или в пределах 10 нуклеотидов от 5'-конца мРНК. В кодоне AUG антикодон тРНК метионина распознается кодоном мРНК. После образования пары оснований со стартовым кодоном eIF5 в PIC помогает гидролизу гуанозинтрифосфата (GTP), связанного с eIF2. Это приводит к структурной перестройке, которая заставляет PIC связываться с большой рибосомной субъединицей (60S) и формировать рибосомный комплекс (80S). Как только рибосомный комплекс 80S образуется, начинается фаза удлинения трансляции.
Первый стартовый кодон, ближайший к 5'-концу цепи, не всегда распознается, если он не содержится в последовательности Козака. Lmx1b представляет собой пример гена со слабой консенсусной последовательностью Козака. Для инициации трансляции с такого сайта в последовательности мРНК требуются другие особенности, чтобы рибосома распознала кодон инициации. Исключения из первого правила AUG могут возникнуть, если оно не содержится в последовательности Козака. Это называется сканирование с утечкой данных и может быть потенциальным способом управления трансляцией посредством инициации. Для инициации трансляции с такого сайта требуются другие особенности в последовательности мРНК, чтобы рибосома распознала инициирующий кодон.
Считается, что PIC останавливается в последовательности Козака из-за взаимодействий между eIF2 и нуклеотидами -3 и +4 в положении Козака. Это остановка позволяет стартовому кодону и соответствующему времени антикодона сформировать правильную водородную связь. Консенсусная последовательность Козака настолько распространена, что сходство последовательности вокруг кодона AUG с последовательностью Козака используется в качестве критерия для поиска стартовых кодонов у эукариот.
Сканирующий механизм инициации, который использует последовательность Козака, встречается только у эукариотических организмов и существенно отличается от того, как прокариоты и археи инициируют трансляцию. Самым большим различием является наличие последовательности Шайна-Дальгарно (SD) в мРНК для прокариот. Последовательность SD расположена рядом с стартовым кодоном, в отличие от последовательности Козака, которая фактически содержит стартовый кодон. Последовательность Шайна-Далгарно позволяет субъединице 16S малой субъединицы рибосомы немедленно связываться с стартовым кодоном AUG без необходимости сканирования вдоль мРНК. Это приводит к более строгому процессу отбора кодона AUG, чем у прокариот. Пример разнородности стартовых кодонов прокариот можно увидеть в использовании альтернативных стартовых кодонов UUG и GUG для некоторых генов.
Мэрилин Козак продемонстрировала посредством систематического исследования точечных мутаций, что любые мутации сильной консенсусной последовательности в положении -3 или в положении +4 приводили к сильному нарушению инициации трансляции как in vitro, так и in vivo.
Кампомелическая дисплазия, нарушение, которое приводит к проблемам со скелетом. Кампомелическая дисплазия является результатом мутации в вышестоящей консенсусной последовательности Козака. Исследования показали, что мутация G->C в положении -6 гена β-глобина (β + 45; человек) нарушила гематологическая и биосинтетическая функция фенотипа. Это была первая мутация, обнаруженная в последовательности Козака, которая показала снижение трансляционной эффективности на 30%. Он был обнаружен в семье из Юго-Восточной Италии, которая страдала промежуточной талассемией.
. Подобные наблюдения были сделаны в отношении мутаций в позиции -5 от стартового кодона, AUG. Цитозин в этом положении, в отличие от тимина, показал более эффективную трансляцию и повышенную экспрессию рецептора адгезии тромбоцитов, гликопротеина Ibα у людей.
Мутации в последовательности Козака также могут иметь серьезные последствия для здоровья человека, в частности болезнь сердца с геном GATA4. Ген GATA4 отвечает за экспрессию генов в самых разных тканях, включая сердце. Когда гуанозин в положении -6 в последовательности Козака GATA4 превращается в цитозин, уровень белка GATA4 уменьшается, что приводит к дефекту межпредсердной перегородки в сердце.
Способность последовательности Козака запускать трансляцию. может привести к новым кодонам инициации в обычно нетранслируемой области 5 '(5' UTR) конца транскрипта мРНК. Когда в этой области наблюдалась мутация G в A, это приводило к выходу за рамки рамки и, следовательно, к мутации белка. Этот мутировавший белок приводит к дисплазии кампомелии. Кампомелическая дисплазия - это нарушение развития, которое приводит к порокам развития скелета.
Консенсус Козака по-разному описывается как:
65432- + 234 (gcc) gccRccAUGG (Kozak 1987) AGNNAUGN ANNAUGG ACCAUGG (Spotts et al., 1997, упоминается в Kozak 2002) GACACCAUGG (H. sapiens HBB, HBD, R. norvegicus Hbb и т. д.)
| Биота | Тип | Консенсусные последовательности |
|---|---|---|
| Позвоночные (Kozak 1987) | gccRcc ATG G | |
| Плодовая муха (Drosophila spp.) | Arthropoda | atMAAM ATG amc |
| Бутоновые дрожжи (Saccharomyces cerevisiae) | Ascomycota | aAaAaA ATG TCt |
| Слизистая плесень (Dictyostelium discoideum) | Amoebozoa | aaaAAA ATG Rna |
| Инфузорий | Ciliophora | nTaAAA ATG Rct |
| (Plasmodium spp.) | Apicomplexa | taaAAA ATG Aan |
| Toxoplasma (Toxoplasma gondii) | Apicomplexa | gncAaa ATG g |
| Trypanosomatidae | Euglenozoa | nnnAnn ATG nC |
acAACA ATG GC | ||
| Microalga (Dunaliella salina) | Chlorophyta | gcc aagATG gcg |
