Изучение эффективности экспрессии генов, а также ее оптимизация представляют собой актуальную и существенную для теории и практики проблему. Разработан индекс эффективности элонгации (ИЭЭ). Показано [1], что существует пять групп одноклеточных организмов в зависимости от факторов влияния на эффективность экспрессии генов на уровне трансляции – эти факторы: кодонный состав гена, наличие и распределение вторичных структур в мРНК, «крепость» этих структур. Исследования влияния этих факторов позволили получить результаты, по которым можно классифицировать все одноклеточные прокариоты и ряд эукариотических организмов. На уровне транскрипции эффективность экспрессии генов зависит, в том числе, от 5’- регуляторной области, в частности от локализации нуклеосом в ней. Целью данного исследования является нахождение корреляции нуклеосомного потенциала в 5’– нетранслируемых областях генов дрожжей видов Saccharomyces cerevisiae и Schizosaccharomyces pombe со значением индекса эффективности элонгации соответствующих генов. Для характеристики расположения нуклеосом использовалась программа RECON [2], которая вычисляет функцию нуклеосомного потенциала (ФНП), значения которой подсчитываются по частотам динуклеотидов
Проверяемая гипотеза заключается в следующем: для эффективной экспрессии генов необходимы согласованно оптимизированные процессы трансляции и транскрипции. Такая корреляция была найдена между ФНП в 5’ нетранслируемых областях окрестности AUG кодона генов дрожжей видов S. cerevisiae и S. pombe со значением ИЭЭ соответствующих генов.
Анализ проводился для 5649 генов Saccharomyces cerevisiae и 4546 генов Schizosaccharomyces pombe, а также для 10% генов этих выборок с максимальным и минимальным значениями индекса эффективности элонгации. Из генных карт этих организмов, взятых из базы данных GenBank (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/), экстрагировались последовательности. ИЭЭ рассчитывался для всех ОРС. Профили ФНП и коэффициентов корреляции строились для области от -600 до +600 нуклеотида относительно старта трансляции.
У дрожжей S. cerevisiae обнаружена достоверная отрицательная корреляция ФНП в 5’ – нетранслируемых районах с ИЭЭ: для выборки всех генов – в районах (-230;-345), (-450;-480); для выборки генов с наибольшим ИЭЭ – для ряда позиций в 5’-нетранслируемом районе (-200;-280), а также для выборки генов с наименьшим ИЭЭ обнаружена достоверная положительная корреляция нуклеосомного потенциала в 5’-нетранслируемом районе (-250, -100).
У дрожжей S. pombe обнаружена достоверная отрицательная корреляция нуклеосомного потенциала в 5’ – нетранслируемом районе с индексом эффективности элонгации: для выборки всех генов – (-550, -100), для выборки генов с наибольшими значениями индекса эффективности элонгации район (-300;-400).
Т.е. у S. cerevisiae отбор шел на затруднение инициации транскрипции у матриц с низкой скоростью элонгации, а у S. pombe – наоборот, на облегчение инициации транскрипции у матриц с высокой скоростью элонгации
Характерно, что для S. cerevisiae коэффициент корреляции положителен и достоверен в районе старта трансляции и далее к 3’-концу, а для S. pombe — наоборот, отрицателен и достоверен в этой же области. Вероятно, разница обусловлена тем, что S. cerevisiae принадлежат к 1-й группе эволюционной оптимизации элонгации, а S. pombe – к 4-й.
Работа частично поддержана грантом РФФИ No. 10-04-01310), Программой Президиума РАН «Происхождение и эволюция биосферы».
1. N.V. Vladimirov, V.A. Likhoshvai, Yu.G. Matushkin (2007) Correlation of Codon Biases and Potential Secondary Structures with mRNA Translation Efficiency in Unicellular Organisms. Mol Biol (Mosk)., 41(5): 843–850.
2. Victor G. Levitsky (2004) RECON: a program for prediction of nucleosome formation potential. Nucleic Acids Res., 32: 346–349.