Biologen haben ein Modell entwickelt, um die Wirkung von synonymen Codons auf die Synthese des kodierten Proteins zu bestimmen, so die Zeitschrift Nature.
Ein Codon ist ein Triplett von Nukleotiden (Triplett) in DNA und Messenger-RNA, das eine Aminosäure in einem Protein codiert. Da die Anzahl der Codons, die eine von zwanzig Aminosäuren codieren, 61 beträgt, werden einige der Aminosäuren von mehreren Codons codiert, die synonym genannt werden.
Synonyme Codons können das Ausmaß der Proteinexpression auf unterschiedliche Weise beeinflussen. Um herauszufinden, welchen Effekt ein bestimmtes Codon genau haben wird, wird die Tatsache erschwert, dass Tripletts auch viele strukturelle Merkmale der Messenger-RNA beeinflussen. Alle diese zusätzlichen Faktoren können wiederum unterschiedliche Beiträge zur Effizienz des Gentranslationsprozesses leisten, und es wird sehr schwierig, den resultierenden Effekt zu bestimmen.
Um dieses Problem zu lösen, haben Wissenschaftler ein Modell erstellt, das eine Vielzahl von Merkmalen der Struktur von RNA berücksichtigt. Hierzu wurde das Ausmaß der Proteinexpression in 6 348 Genen gemessen, die verschiedenen Organismen (einschließlich Menschen) entnommen und in E. coli-Zellen eingeführt wurden. Für jedes untersuchte Gen wurde die Häufigkeit des Auftretens aller synonymen Codons gemessen und die dem Gen entsprechenden Strukturmerkmale der Messenger-RNA bestimmt. Mithilfe der Methoden der Regressionsanalyse und -modellierung konnten Wissenschaftler herausfinden, wie bestimmte Codons durch zusätzliche Faktoren die Effizienz der RNA-Translation und Proteinsynthese beeinflussen.
Die Ergebnisse zeigten, dass der direkte Einfluss von Codons auf die Expression im Allgemeinen den Einfluss zusätzlicher Faktoren übersteigt, es gibt jedoch Ausnahmen: Die Tertiärstruktur der Messenger-RNA nahe dem vorderen Ende des Moleküls kann den Translationsprozess vollständig stoppen. Darüber hinaus bestätigten die erhaltenen Daten, dass häufig vorkommende synonyme Codons einen positiven Effekt auf das Niveau der Proteinexpression haben, hauptsächlich durch die Stabilisierung der RNA und eine Verlängerung ihrer Lebensdauer.
Die Wissenschaftler hoffen, dass die Ergebnisse der Studie dazu beitragen werden, künstliche Gene zu erzeugen, die Synthese von Proteinen, die effizienter wären.
Es ist bekannt, dass einige synonyme Codons in DNA-codierenden Regionen häufiger auftreten als andere. Dieses Phänomen wird als Codonpräferenz bezeichnet und wurde unter dem Einfluss der Evolution gebildet, als einige Codons einen günstigeren Effekt auf die Effizienz von Translationsprozessen hatten.
