Ստոպ կոդոն

Ստոպ կոդոն ՝ մոլեկուլային կենսաբանության մեջ (մասնավորապես՝ սպիտակուցի կենսասինթեզում) ստոպ կոդոնի նուկլեոտիդային եռյակը  ի-ՌՆԹ-ում (ինֆորմացիոն կամ տեղեկատվական)  ազդարարում է սինթեզվող  սպիտակուցի թարգմանության (տրանսլիացիայի) գործընթացի ավարտը։ Ինֆորմացիոն  ՌՆԹ-ի կոդոնների մեծ մասը համապատասխանում է աճող պոլիպեպտիդային շղթայում ամինաթթվի ավելացմանը, որոնք էլ, ի վերջո, ձևավորում են սպիտակուցի մոլոկուլը։ Ստոպ կոդոններն ազդարարում են վերծանման կամ տրանսլիացիայի  գործընթացի ավարտը նպաստելով ռիբոսոմային ենթամիավորների տարանջատմանը՝ ազատելով ամինաթթվային  շղթան։

Հատկություններ

Ստանդարտ կոդոններ 
Ստանդարտ գենետիկ կոդում կան երեք տարբեր ստոպ կոդոններ։

Այլընտրանքային ստոպ կոդոններ 
Ստանդարտ գենետիկ կոդի տատանումներ, և այլընտրանքային ստոպ կոդոններ հայտնաբերվել են նաև  ողնաշարավորների միտոքոնդրիալ գենոմներում։

Վերանշանակված ստոպ կոդոններ 
Կորիզային գենետիկ կոդը ճկուն է, ինչպես ցույց է տրված տարբեր գենետիկ կոդերով, որոնք ստանդարտ ստոպ կոդոնները վերագրում են ամինաթթուներին։

Թարգմանություն 
1986թ.-ին համոզիչ ապացույցներ ներկայացվեցին այն մասին, որ սելենոցիստեինը (Sec) կոդավորվում է մի քանի կոդոններով։ Ավելին, կոդոնը  նույնականացվել է որպես UGA, որը նաև հայտնի է որպես օպալի ավարտման կոդոն (տերմինատոր կոդոն)։ Էուկարիոտների և պրոկարիոտների մոտ նույնականացվել է այս կոդոնի իրականացրած գործառույթը ։ Այս թագավորությունների միջև առանձնահատուկ տարբերությունն այն է, որ cis տարրերը (Cis-կարգավորող տարրերը, ինչպիսիք են խթանողները, ուժեղացուցիչները և խլացուցիչները, ոչ կոդավորող ԴՆԹ-ի շրջաններ են, որոնք կարգավորում են մոտակա գեների տրանսկրիպցիան)  սահմանափակված են UAG կոդոնի առկայությամբ պրոկարիոտներում, մինչդեռ էուկարիոտներում այս սահմանափակումը չկա։

2003 թվականին  իրականացվեց  մարդկանց բոլոր հայտնի սելենոպրոտեինների նույնականացումը՝ ընդհանուր 25։ Նմանատիպ անալիզներ են կատարվել այլ օրգանիզմների համար։

UAG կոդոնը կարող է թարգմանվել պիրոլիզինի (Pyl) նույն ձևով։

Գենոմային բաշխում 
Ստոպ կոդոնների բաշխումը օրգանիզմի գենոմում պատահական չէ և կարող է փոխկապակցվել GC-ի պարունակության հետ։ Օրինակ, E. coli K-12 գենոմը պարունակում է 2705 TAA (63%), 1257 TGA (29%) և 326 TAG (8%) ստոպ կոդոններ (GC պարունակությունը 50.8%)։ GC- պարունակության լայն շրջանակ ունեցող բակտերիաների լայնածավալ ուսումնասիրությունը ցույց է տալիս, որ չնայած TAA-ի առաջացման հաճախականությունը բացասաբար է կապված  GC-ի պարունակության հետ, իսկ TGA-ի առաջացման հաճախականությունը դրականորեն է կապված  GC-ի պարունակության հետ։ TAG ստոպ կոդոնը, որը հաճախ նվազագույն օգտագործվող ստոպ կոդոնն է գենոմում, չի ազդում GC-ի պարունակության վրա։

Ճանաչում 
Բակտերիաներում ստոպ կոդոնների ճանաչումը կապված է այսպես կոչված «տրիպեպտիդ հակակոդոնի» հետ։

Անվանակարգ 
Ստոպ կոդոնները պատմականորեն ստացել են բազմաթիվ տարբեր անուններ, քանի որ յուրաքանչյուրը համապատասխանում էր մուտանտների առանձին դասի։ Այս մուտանտները սկզբում մեկուսացվել են բակտերիոֆագների (T4 և lambda) վիրուսների մեջ, որոնք վարակում են Escherichia coli բակտերիաները։ Վիրուսային գեների  հատուկ մշակված մուտացիաները թուլացրել են նրանց վարակիչ կարողությունը՝ ստեղծելով այնպիսի  վիրուսներ, որոնք կարողացել են վարակել և աճել միայն E. coli-ի որոշ տեսակների ներսում։

սաթի մուտացիաներ (UAG) 
Դրանք հայտնաբերված անհեթեթ մուտացիաների առաջին խումբն էին, որոնք առանձնացրել են Ռիչարդ Հ. Էփշտեյնը և Չարլզ Սթայնբերգը և անվանվել ի պատիվ նրանց ընկերոջ և Կալտեխ շրջանավարտ Հարիս Բերնշտայնի, ում ազգանունը գերմաներեն նշանակում է «սաթ» (տես՝ Բերնշտեյն)։

Սաթի մուտացիաներով վիրուսները օժտված  են  բակտերիաների միայն որոշակի շտամներ վարակելու ունակությամբ, որոնք հայտնի են որպես սաթի ճնշողներ։ Այս բակտերիաները կրում են իրենց սեփական մուտացիան, որը թույլ է տալիս վերականգնել մուտանտ վիրուսների գործառույթը։ Օրինակ, տ-ՌՆԹ-ի մուտացիան, որը ճանաչում է սաթի կանգառի կոդոնը, թարգմանությանը թույլ է տալիս «կարդալ» կոդոնը և արտադրել ամբողջ երկարությամբ սպիտակուց՝ դրանով իսկ վերականգնելով սպիտակուցի նորմալ ձևը և «ճնշել» սաթի մուտացիան։ Այսպիսով, սաթի մուտանտները վիրուսային մուտանտների մի ամբողջ դաս են, որոնք կարող են աճել բակտերիաներում, որոնք պարունակում են սաթի ճնշող մուտացիաներ։ Նմանատիպ ճնշիչները հայտնի են նաև օխերայի և օպալի ստոպ կոդոնների համար։

տ-ՌՆԹ-ի  մոլեկուլները, որոնք կրում են անբնական,ոչ ճիշտ ամինաթթուներ, նախագծվել են բակտերիալ ՌՆԹ-ում սաթի ստոպ կոդոնը ճանաչելու համար։ Այս տեխնոլոգիան թույլ է տալիս ներառել  ամինաթթուներ (օրինակ՝ p-azidophenylalanine) թիրախային սպիտակուցի հատուկ վայրերում։

օխրա մուտացիաներ (UAA) 
Հայտնաբերված երկրորդ ստոպ-կոդոնի մուտացիան էր։ Սաթի հետ կապված սովորական դեղին-նարնջագույն-շագանակագույն գույնը հիշեցնող այս երկրորդ ստոպ կոդոնը ստացել է «օխրա» անունը՝ նարնջագույն-կարմրավուն-շագանակագույն հանքային պիգմենտ։

Մի շարք մուտացիոն փորձերի միջոցով, որոնք համեմատում էին այս մուտանտները միմյանց և այլ հայտնի ամինաթթուների կոդոնների հետ, Սիդնեյ Բրենները եզրակացրեց, որ սաթի և օխրայի մուտացիաները համապատասխանում են «UAG» և «UAA» նուկլեոտիդային եռյակներին։

Մուտացիաներ և հիվանդություններ

Նոնսենս 
Նոնսոնս մուտացիաները ԴՆԹ-ի հաջորդականության փոփոխություններն են, որոնք ներդնում են վաղաժամ կանգառի կոդոն, ինչի հետևանքով ստացված ցանկացած սպիտակուցի աննորմալ կրճատում։ Սա հաճախ հանգեցնում է սպիտակուցի ֆունկցիայի կորստի, քանի որ ամինաթթուների շղթայի կարևոր մասերն այլևս չեն հավաքվում։ Այս տերմինաբանության պատճառով ստոպ կոդոնները նաև անվանվել են անհեթեթ կոդոններ՝ նոնսենս։

Նոնստոպ՝անդադար մուտացիան, որը նաև կոչվում է «stop-loss» տարբերակ, կետային մուտացիա է, որը տեղի է ունենում ստոպ կոդոնի ներսում։ Նոնստոպ մուտացիաները հանգեցնում են ի- ՌՆԹ-ի շղթայի շարունակական թարգմանությանը, որը պետք է լինի չթարգմանված շրջան։ Շատ պոլիպեպտիդներ, որոնք առաջանում են Նոնստոպ մուտացիա ունեցող գենից, կորցնում են իրենց գործառույթը ծայրահեղ երկարության պատճառով։ Nonstop մուտացիաները տարբերվում են Նոնսենս մուտացիաներից նրանով, որ նրանք չեն ստեղծում ստոպ կոդոն, այլ, փոխարենը, ջնջում են մեկը:Նոնստոպ մուտացիաները նույնպես տարբերվում են անիմաստ մուտացիաներից, որոնք կետային մուտացիաներ են, որտեղ մեկ նուկլեոտիդը փոխվում է՝ փոխարինելու այլ ամինաթթուով։ Անդադար մուտացիաները կապված են բազմաթիվ ժառանգական հիվանդությունների հետ, ներառյալ էնդոկրին խանգարումները, աչքի հիվանդություն, և նյարդային զարգացման խանգարումներ։

Թաքնված կանգառներ 

Թաքնված կանգառները չդադարող կոդոններ են, որոնք կարող են  կարդացվել որպես կանգառ կոդոններ։ Դրանք վաղաժամկետ դադարեցնում են թարգմանությունը, եթե համապատասխան շրջանակի տեղաշարժը (օրինակ՝ ռիբոսոմային ՌՆԹ-ի սայթաքման պատճառով) տեղի է ունենում մինչև թաքնված կանգառը։ Ենթադրվում է, որ դա նվազեցնում է ռեսուրսների վատնումը ոչ ֆունկցիոնալ սպիտակուցների վրա և պոտենցիալ ցիտոտոքսինների արտադրությունը։ Լուիզիանայի պետական համալսարանի հետազոտողները առաջարկում են մեկ այլ  վարկած, որի համար ընտրվում են թաքնված կանգառներ։ Կոդոնները, որոնք կարող են ձևավորել թաքնված կանգառներ, ավելի հաճախ օգտագործվում են գենոմներում, որոնք այլ կերպ կոդավորում են նույն ամինաթթուն։ Օրգանիզմում անկայուն ռ-ՌՆԹ փոխկապակցված է թաքնված կանգառների հետ։ Այնուամենայնիվ, այս վարկածը չի կարող հաստատվել ։

Ստոպ-կոդոնները և թաքնված կանգառները միասին կոչվում են կանգառ ազդանշաններ։ Մեմֆիսի համալսարանի գիտնականները պարզել են, որ  գենետիկորեն առնչվող բակտերիաների գրեթե նույնական գենոմային-TSSR (  թարգմանության ստոպ ազդանշանների հարաբերակցություն կամ TSSR)արժեքը կարող է հուշել, որ բակտերիալ գենոմի ընդլայնումը սահմանափակված է այդ բակտերիաների տեսակների իրենց եզակի ստոպ ազդանշաններով:.

Թարգմանական ընթերցում 
Ստոպ կոդոնի ճնշումը կամ թարգմանական ընթերցումը տեղի է ունենում, երբ թարգմանության մեջ կանգառ կոդոնը մեկնաբանվում է որպես իմաստային կոդոն, այսինքն՝ երբ (ստանդարտ) ամինաթթուն «կոդավորվում» է ստոպ կոդոնով։ Թարգմանական ընթերցումը շատ տարածված է վիրուսների և բակտերիաների մեջ, ինչպես նաև հայտնաբերվել է որպես գեների կարգավորման սկզբունք մարդկանց, խմորիչների, բակտերիաների և դրոզոֆիլայի մոտ։ Մարդու մալատդեհիդրոգենազի դեպքում ստոպ կոդոնը ընթերցվում է մոտ 4% հաճախականությամբ։

Օգտագործում որպես ջրանիշ 
2010 թվականին, երբ Քրեյգ Վենթերը ներկայացրեց առաջին լիարժեք գործող, սինթետիկ ԴՆԹ-ով վերահսկվող վերարտադրող բջիջը, նա նկարագրեց, թե ինչպես է իր թիմն օգտագործում հաճախակի ստոպ կոդոններ ՌՆԹ-ում և ԴՆԹ-ում ջրանիշներ ստեղծելու համար։

Ծանոթագրություններ 

Սպիտակուցի կենսասինթեզ
Գենետիկա
Մոլեկուլային կենսաբանություն
Գենետիկական կոդ
Կենսաբանություն