Использование ЭВМ в молекулярной биологии. Введение в теорию генетических текстов - Соловьев В.В.
Скачать (прямая ссылка):
(SD ), перед началом трансляции связывается с комплементарными ей участком 3’-конца I6S РНК в составе малой субъединицы рибосомы (рис. 24) /36; 96 /.
5' ...GGAUCACCUCCUUA 3' (16^ рнкЗ
..... он
1 I I I •
5'..........G6AGG.. ,4-9ье,. .AUG. ,3'
П1,я1“но-Дельгэшо') (м-РНК)
Рис. 24. Комплементарные взаимодействия мевду 5’-концом и мРНК (сайт Шайно - Дельгарно) и 3'-концом 16 SPHK /36/
Оказалось, что 5Л -последовательности в различных мРНК достаточно гетерогенны. Число нуклеотидов в них, способных формировать Уотсон - Криковские пары основании с 3’-концом 16S РНК варьирует от 3 до 9.
Экспериментально обнаружено, что,когда рядом находятся несколько инициирующих кодонов, рибосомы начинают трансляцию с того, которому предшествует наиболее протяженный участок комп-лементарности 16S РНК /100/.
2.3.3. Факторы, влияющие на эсбюективность иншшагптст тпанс-ляши. Инициация трансляции в сильной степени зависит от типа инициирующего кодона. Как правило, наблюдается уменьшение экспрессии при переходе от AVC- к GUG- или 1Ш-кодонам /101/.
В настоящее время остановится ясно, что одним из самых существенных факторов, которые определяют скорость инициации трансляции, является вторичная структура мРНК (рис. 25). Экспериментально показано, что уровень трансляции, варьирующий для различных белков в пределах двух порядков, зависит в первую очередь от доступности факторам трансляции стартового кодона и 52-участка мРНК. Доступность этих функциональных сай-
37
тов зависит от степени их вовлечения в двойные спирали вторичной структуры РНК, которые препятствуют формированию инициирующего комплекса /102, 103/. Показано /104/ , что одиночная мутация, усиливающая вторичную структуру в районе ss, уменьшает экспрессию во много раз (см. рис. 25).
*, ,и. ,auaga?T
С A й АЪ'
,си-сос
и и* с о*А
? <A_auaoa!a-N
:gca gag LОи)
зсси - CUC4 !<if
Рис. 25. Шпилечные структуры в 5*-районе мРНК (инициирующий кодон локализован в шпилечной петле; сайт Шайно - Дельгарно, отмеченный жирной линией, входит в состав несовершенной двойной спирали; мутация U-+-G, отмеченная "звездочкой" на нижнем рисунке, усиливает стабильность несовершенной спирали, экранирующей сайт рибосомального связывания. и уменьшает скорость трансляции) .
Еще одним фактором, влияющим на инициацию трансляции, может быть взаимодействие 5*-конца мРНК с белками или другими РНК. Например, на основе взаимодействия рибосомного белка II с 5’-районом мРНК, кодируемой оперонаш III и LI, осуществляется авторегуляция синтеза белков LI и LII. Оказалось, что 23S РНК и 5’-конец мРНК имеют сходные фрагменты вторичной структуры (рис. 26), которые служат сайтами связывания XI. В случае избытка LI (по сравнению с рРНК, с которой этот белок имеет большее сродство, чем с мРНК), он связывается с мРНК и ингибирует трансляцию /Ю5/.
Глава 3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СТРЖГУРЫ ГЕНЕТИЧЕСКИХ ТЕКСТОВ
В исследованиях структуры генетических текстов (ГТ) имеется пять основных направлений: I) анализ информационного содержания ГТ; 2) поиск и анализ прямых, инвертированных повторов и других периодичностей в структуре ГТ; 3) сравнение последовательностей, поиск гомологий и выравнивание ГТ; 4) построение вторичной структуры РНК; 5) поиск функционально важных участков (сайтов) в последовательностях ДНК, РНК и белков, разметка ГТ.
Все перечисленные подходы называются контекстными методами исследования ГТ ДОб/. В данной главе рассмотрены четыре пер-
38
вюс направления» методы поиска функциональных сайтов - в гл. 4.
3.1. Идеология контекстных методов исследования
ГТ каждого из трех рассматриваемых типов - это счетное подмножество множества всех последовательностей конечной длины, составленных из символов соответствующего алфавита X мощности tv (множество всех конечных слов из алфавита X определяется как Xs, т.е. ГТсХ* ) X = (А, Т, 6 , С} , п = 4 - для ДНК; X = {A, U , & , С } , л = 4 - для РНК и X = (A, C,D ,...,
20 - для белковых ГТ.
Контекстные методы исследования ГТ подразумевают следующую процедуру. Реальному ГТ сопоставляется некоторая модель М = ={Х, Р}для заданного алфавита X и конечного множества правил Р, оперирующих параметрами реального ГГ, с помощью которых из алфавита X путем случайного выбора элементов строятся модельные последовательности,, называемые случайными.
Самая простая модель ГТ - это модель, порождаемая схемой испытаний Бернулли с равновероятными элементами алфавита X (МБО) Д07/. Из алфавита X последовательно случайным образом выбираются N элементов, где AI - длина реального генетического текста,, с вероятностями выпадения каждой буквы J?i = P?= ••• Рп “-Уя (в этом случае модель имеет единственный параметр Н ).
Более сложная модель (МБ1) генерирует случайные последовательности с вероятностями элементов алфавита X, равными частотам встречаемости этих элементов в реальном ГТ: рг= Р(Ай >> р2» р(Лл),... рп = р (Л„ ) . Эта модель шеет л.-независи-
шх параметров; я, , р2 ,. . ., Рп_л , тзк как pv~ i-? p.
i- t
В двух этих моделях элементы текста считаются взаимно независимыми, В марковских моделях /107/ ММ2, ММЗ и т.д. задаются связи между парами, тройками и т.д. соседних элементов. Связь определяется матрицей вероятностей переходов. Для ММ2 это матрица j ptJ ! , где р - - условная вероятность выпадения в случайной последовательности j-ro символа, если предыдущим был ъ-й символ.
