Cell：挑战常规！一些纤毛虫没有专门的终止密码子

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遗传密码---经常在教科书表格中摊开的一组指令，告诉核糖体如何制造肽---在大多数真核生物中是一样的。但是正如大多数规则一样，存在例外情形。在一项新的针对纤毛虫基因组重排的研究中，瑞士伯尔尼大学细胞生物学家Mariusz Nowacki和他的团队碰巧遇到两种引人注目的例外情况。相关研究结果近期发表在Cell期刊上，论文标题为“Genetic Codes with No Dedicated Stop Codon: Context-Dependent Translation Termination”。

作为具有两个细胞核的复杂原虫，纤毛虫已知以一种非正常的方式翻译RNA转录本。然而，Nowacki团队发现巨大突口虫（Condylostoma magnum）和一种未分类的Parduczia物种更进一步，将所有传统的“终止”密码子（UGA、UAA和UAG）重新分配给氨基酸。Nowacki说，“开始时，它有些说不通。没有人期待存在没有终止密码子的遗传密码。”

感到困惑的Nowacki团队想要发现这两种纤毛虫实际的终止密码子会是什么样子。该团队寻求研究它们的组蛋白转录本，这是因为它们的序列在所有的真核生物中是高度保守的。利用蛋白质谱分析和核糖体图谱，研究人员确定Parduczia物种总是将UAA和UAG理解为谷氨酰胺密码子，但是在一些情形下将UGA读取为色氨酸密码子，在其他情形下将UGA读取为终止密码子。更加奇特的是，在巨大突口虫中，所有的这三种传统的终止密码子作为一种终止信号或一种氨基酸信号发挥作用。

Nowacki说，“这些细胞为了存活，它们必需能够解决这种模糊性。”这些数据表明核糖体以某种方式知道在合适的环境下将这些传统的终止密码子理解为“终止”信号或“放行”信号，因此Nowacki团队开始寻找环境线索。

研究人员发现这些模糊的密码子的出现在转录本末端附近显著地下降，从而降低这种潜在的模糊性。此外，相对于其他的真核生物，巨大突口虫和Parduczia物种在mRNA转录本的翻译部分与它的3’端poly(A)尾之间存在显著较短长度的非翻译mRNA部分。他们提出当核糖体碰到包被poly(A)尾或者与poly(A)尾相互作用的蛋白时，这些蛋白可能是翻译的障碍。在酵母中，poly(A)结合蛋白已经证实在翻译终止中发挥着作用。

美国波莫纳学院分子生物学家Andre Cavalcanti（未参与这项研究）说，“我认为这是一个非常好的解释。”不过，它也产生一个问题：这种密码子重新分配或者这种较短的非翻译区（UTR）是否首先进化出。他在发给《科学家》杂志的电子邮件中补充道，“不是每种重新分配遗传密码的纤毛虫都有巨大突口虫和Parduczia物种中如此短的UTR，而这似乎是这种模式生物所必需的。不同的纤毛虫可能以不同的方式进行适应。”

为了测试这种假设，Nowacki团队正在计划调整巨大突口虫中的UTR长度。Nowacki预测，如果研究人员能够让poly(A)尾离真正的终止密码子更远一些，那么他们可能会观察到更多的通读。

Nowacki说，“我们已能够在海洋生物---之前从未研究过的生物---中鉴定出一种新的生物学特征。它表明遗传密码并不一定是固定不变的和不含糊的。”


Genetic Codes with No Dedicated Stop Codon: Context-Dependent Translation Termination

Estienne Carl Swart, Valentina Serra, Giulio Petroni, Mariusz Nowacki