Moonlighting 遺伝子には、潜在的な膜タンパク質をコードするアン​​チセンス ORF が含まれています

Scientific Reports volume 13、記事番号: 12591 (2023) この記事を引用

372 アクセス

1 オルトメトリック

メトリクスの詳細

Moonlighting 遺伝子は、複数の、そして多くの場合無関係な機能を実行する単一のポリペプチド分子をコードします。 これらの遺伝子は生命のあらゆる領域に存在します。 それらの遍在性と機能的多様性は、その起源、進化、細胞周期における役割に関して多くの疑問を引き起こします。 この研究では、アンチセンス翻訳の可能性によって遺伝子をランク付けできるシンプルなバイオインフォマティクス プローブを提示し、このプローブがさまざまな生物の月明かり遺伝子を確実に濃縮することを示します。 われわれは、月明かり遺伝子には、非極性アミノ酸のコドンが豊富な推定上のアンチセンスオープンリーディングフレーム（ORF）が存在することを発見した。 また、月光遺伝子は、細胞壁、細胞膜、または細胞エンベロープの生成に関与する遺伝子と同じ場所に位置する傾向があることもわかりました。 この発見と他の発見に基づいて、我々は月光遺伝子産物が細胞壁と膜の構築部位の細胞壁と膜の隙間を通って細胞から漏れ出す可能性が高いことを提案するモデルを提供する。 そして私たちは、アンチセンスORFが「膜に粘着性のある」タンパク質産物を生成し、集中的な細胞壁/細胞膜の構築が進行している多孔質領域で月光遺伝子DNAを細胞膜に効果的に結合すると提案します。 これにより、月光タンパク質が細胞表面に逃げ出す可能性が高くなります。 これらの発見の進化的およびその他の意味について議論します。

月明かり遺伝子は、複数の異なる、そして多くの場合無関係な機能を持つタンパク質をコードする遺伝子です1。 逆説的ですが、これらのタンパク質は細胞の外側に存在するだけでなく、サイトゾルにも存在することがよくあります。 私たちの知る限り、これらのタンパク質の分泌系パートナーは特定されていません。 グリセルアルデヒド 3-リン酸デヒドロゲナーゼ (GAPDH) が病原性連鎖球菌 2 の細胞表面で二次的な役割を果たしていることが判明してから 30 年間で、月明かりの他の多くの例が明らかになりました。 そのような例には、何らかの形で最終的に細胞表面に到達するか、培地中に排出される、よく知られたサイトゾルの役割を持つ遺伝子産物が含まれます。 手動で精選された MoonProt データベースには現在、細菌から酵母、原生生物、始生生物、植物、哺乳類に至るまでの宿主生物にわたる 300 以上のそのような遺伝子がリストされています。 これらの遺伝子はどのようにして複数の機能を獲得するのでしょうか?など、多くの基本的な疑問は未解決のままです。 分泌系のパートナーがいない場合、どうやって細胞の外部にアクセスできるのでしょうか? なぜ一部の代謝酵素は分泌されるのに、他の多くの代謝酵素は分泌されないのでしょうか? そして、同じタンパク質 (例: GAPDH、エノラーゼ、DnaK、GroEL、Ef-Tu、スーパーオキシドジスムターゼ) が、どのようにして多様な宿主間で月明かりのような役割を果たすのでしょうか? 同じタンパク質が門全体で月明かりの役割を果たしていることが多いため、この現象はすべての生命にとって基本的なプロセスによって可能になっている可能性が高いと思われます。 注目すべきは、月明かりに関与する多くの遺伝子が古代の高度に保存された遺伝子であり、これも基本的な、ある意味ではおそらく原始的でさえある根底にあるプロセスを示していることです。 本研究では、月光遺伝子のトップダウンのバイオインフォマティクス研究を目指しており、高レベルの手がかりと汎ゲノムの原因と影響を探します。

細胞生命の重要な特徴はカプセル化です。細胞には内部と外部があり、その 2 つを分離する耐久性のある構造があります。 一つの見方としては、細胞はエントロピー勾配を体現しており、中心には高エントロピーの水環境があり、膜と構造成分を取り囲む低エントロピーの（つまり、高度に構造化された）エンベロープがあるということです。周辺。 細胞の膜成分は主に、非極性アミノ酸を含むタンパク質で構成されています。 対照的に、水溶性タンパク質（細胞の中心に存在するタンパク質など）は、その表面に大部分の極性アミノ酸を持っています。 遺伝暗号は、極性アミノ酸と非極性アミノ酸を指定するための便利な (そして普遍的な) メカニズムを提供します。コドンの 2 番目の塩基にあるプリンは極性アミノ酸の選択を事実上保証しますが、2 番目の塩基にあるピリミジンは極性アミノ酸の選択を保証する傾向があります。非極性アミノ酸。 これは、原始的な遺伝暗号が（少なくともおそらく）二進コードであった可能性があり、コドンでのプリンまたはピリミジンの使用に基づいて、極性アミノ酸または非極性アミノ酸のいずれかを可能にすることを示唆しています。 (この可能性についての議論については、Trifonov3 を参照してください)。 RNA であれ DNA であれ、始原の遺伝物質は一本鎖であった可能性があり、その場合、mRNA への転写 (それが起こった場合) は一方向のみ、つまり 3' から 5' への方向でのみ起こります。 しかし、二本鎖核酸の出現により、転写は 2 つの方向のいずれかで起こる可能性があります。 相補性により、一方向に極性アミノ酸をコードするメッセージは、当然、他の方向に非極性アミノ酸をコードする傾向があります。 シナリオは、二本鎖遺伝物質の初期、つまりプロモーター、リプレッサー、シャイン ダルガーノ配列、または UTR/非コード領域などのその他の特殊な配列組織が登場する前の数日間に想像できます。その時点で、転写はこれは双方向で起こり、水溶性タンパク質が一方向で生成され、疎水性アミノ酸が豊富なタンパク質が別の方向で生成され、この状況はごく自然に膜タンパク質の生成と膜内への親水性タンパク質のカプセル化（すなわち、細胞生命）につながります。 。 月明かりは主に「内部と外部」に関係する問題です。 したがって、この現象への手がかりには、疎水性アミノ酸の使用、および/または細胞壁および細胞膜の構築の問題が含まれるのではないかと疑問に思うのは自然なことです。 私たちは、月光遺伝子を発見するために設計されたバイオインフォマティクス技術を策定する際に、この問題とその他の疑問を考慮します。