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[1]։ 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։

Մարդու միտոքոնդրիալ ԴՆԹ-ի MT-ATP8 գենի ստոպ կոդոնը (կարմիր կետը) և MT-ATP6 գենի ստարտ կոդոնը (կապույտ շրջան): Յուրաքանչյուր նուկլեոտիդային եռյակի համար (քառակուսի փակագծեր) տրվում է համապատասխան ամինաթթուն MT-ATP8-ի (կարմիրով), կամ MT-ATP6-ի (կապույտ):

Հատկություններ խմբագրել

Ստանդարտ կոդոններ խմբագրել

Ստանդարտ գենետիկ կոդում կան երեք տարբեր ստոպ կոդոններ։

Կոդոն Ստանդարտ կոդ անուն
Դնթ ՌՆԹ
TAG UAG STOP = Ter (*) սաթ
TAA UAA STOP = Ter (*) օխրա
TGA UGA STOP = Ter (*) օպալ կամ սաթ

Այլընտրանքային ստոպ կոդոններ խմբագրել

Ստանդարտ գենետիկ կոդի տատանումներ, և այլընտրանքային ստոպ կոդոններ հայտնաբերվել են նաև ողնաշարավորների միտոքոնդրիալ գենոմներում[2]։

Table of alternative stop codons and comparison with the standard genetic code
Գենետիկ կոդ Translation
table
Codon Translation
with this code
Standard translation
DNA RNA
Ողնաշարավորների միտոքոնդրիումում 2 AGA AGA STOP = Ter (*) Arg (R)
AGG AGG STOP = Ter (*) Arg (R)
բակտերիաներ 22 TCA UCA STOP = Ter (*) Ser (S)
սնկեր 23 TTA UUA STOP = Ter (*) Leu (L)
Ամինաթթուների կենսաքիմիական հատկությունները Ոչ բևեռային Բևեռային Հիմնական Թթվային Դադարեցում՝ ստոպ կոդոն

Վերանշանակված ստոպ կոդոններ խմբագրել

Կորիզային գենետիկ կոդը ճկուն է, ինչպես ցույց է տրված տարբեր գենետիկ կոդերով, որոնք ստանդարտ ստոպ կոդոնները վերագրում են ամինաթթուներին[3]։

Թարգմանություն խմբագրել

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)[4]։ Էուկարիոտների և պրոկարիոտների մոտ նույնականացվել է այս կոդոնի իրականացրած գործառույթը [5]։ 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[6]։

2003 թվականին իրականացվեց մարդկանց բոլոր հայտնի սելենոպրոտեինների նույնականացումը՝ ընդհանուր 25[7]։ Նմանատիպ անալիզներ են կատարվել այլ օրգանիզմների համար։

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

Գենոմային բաշխում խմբագրել

Ստոպ կոդոնների բաշխումը օրգանիզմի գենոմում պատահական չէ և կարող է փոխկապակցվել GC-ի պարունակության հետ[8][9]։ Օրինակ, E. coli K-12 գենոմը պարունակում է 2705 TAA (63%), 1257 TGA (29%) և 326 TAG (8%) ստոպ կոդոններ (GC պարունակությունը 50.8%)[10]։ 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[11]։

Ճանաչում խմբագրել

Բակտերիաներում ստոպ կոդոնների ճանաչումը կապված է այսպես կոչված «տրիպեպտիդ հակակոդոնի» հետ[12]։

Անվանակարգ խմբագրել

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) խմբագրել

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)[13][14]։

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[15]։ 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) խմբագրել

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[14]։

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[16]։

Մուտացիաներ և հիվանդություններ խմբագրել

Նոնսենս խմբագրել

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[17], աչքի հիվանդություն[18], և նյարդային զարգացման խանգարումներ[19][20]։

Թաքնված կանգառներ խմբագրել

 
Մեկ հիմքի ջնջման օրինակ, որը ձևավորում է ստոպ կոդոն:

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[21]։ Այնուամենայնիվ, այս վարկածը չի կարող հաստատվել [22]։

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:.[23]

Թարգմանական ընթերցում խմբագրել

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[24][25]։ Մարդու մալատդեհիդրոգենազի դեպքում ստոպ կոդոնը ընթերցվում է մոտ 4% հաճախականությամբ[26]։

Օգտագործում որպես ջրանիշ խմբագրել

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[27]։

Ծանոթագրություններ խմբագրել

  1. «Chapter 10 (Molecular Biology of Gene Function): Genetic code: Stop codons»։ An Introduction to Genetic Analysis։ W.H. Freeman and Company։ 2000 
  2. Wideman Jeremy G., Monier Adam, Rodríguez-Martínez Raquel, Leonard Guy, Cook Emily, Poirier Camille, Maguire Finlay, Milner David S., Irwin Nicholas A. T., Moore Karen, Santoro Alyson E. (2019-11-25)։ «Unexpected mitochondrial genome diversity revealed by targeted single-cell genomics of heterotrophic flagellated protists»։ Nature Microbiology (անգլերեն) 5 (1): 154–165։ ISSN 2058-5276։ PMID 31768028 ։ doi:10.1038/s41564-019-0605-4 
  3. Swart Estienne Carl, Serra Valentina, Petroni Giulio, Nowacki Mariusz (2016)։ «Genetic Codes with No Dedicated Stop Codon: Context-Dependent Translation Termination»։ Cell 166 (3): 691–702։ PMC 4967479։ PMID 27426948։ doi:10.1016/j.cell.2016.06.020 
  4. Zinoni F, Birkmann A, Stadtman T, Böck A (1986)։ «Nucleotide sequence and expression of the selenocysteine-containing polypeptide of formate dehydrogenase (formate-hydrogen-lyase-linked) from Escherichia coli»։ Proceedings of the National Academy of Sciences 83 (13): 4650–4654։ Bibcode:1986PNAS...83.4650Z։ PMC 323799։ PMID 2941757։ doi:10.1073/pnas.83.13.4650 
  5. Böck A (2013)։ «Selenoprotein Synthesis»։ Encyclopedia of Biological Chemistry։ էջեր 210–213։ ISBN 9780123786319։ doi:10.1016/B978-0-12-378630-2.00025-6։ Վերցված է 23 August 2021 
  6. Mix H, Lobanov A, Gladyshev V (2007)։ «SECIS elements in the coding regions of selenoprotein transcripts are functional in higher eukaryotes»։ Nucleic Acids Research 35 (2): 414–423։ PMC 1802603։ PMID 17169995։ doi:10.1093/nar/gkl1060 
  7. Kryukov G, Gladyshev V (2003)։ «Characterization of mammalian selenoproteomes»։ Science 300 (5624): 1439–1443։ Bibcode:2003Sci...300.1439K։ PMID 12775843։ doi:10.1126/science.1083516 
  8. «Stop codons in bacteria are not selectively equivalent»։ Biology Direct 7: 30։ 2012։ PMC 3549826։ PMID 22974057։ doi:10.1186/1745-6150-7-30 
  9. Korkmaz Gürkan, Holm Mikael, Wiens Tobias, Sanyal Suparna (2014)։ «Comprehensive Analysis of Stop Codon Usage in Bacteria and Its Correlation with Release Factor Abundance»։ The Journal of Biological Chemistry 289 (44): 775–806։ PMC 4215218։ PMID 25217634։ doi:10.1074/jbc.M114.606632 
  10. «Escherichia coli str. K-12 substr. MG1655, complete genome [Genbank Accession Number: U00096]»։ GenBank։ NCBI։ Վերցված է 2013-01-27 
  11. Wong Tit-Yee, Fernandes Sanjit, Sankhon Naby, Leong Patrick P, Kuo Jimmy, Liu Jong-Kang (2008)։ «Role of Premature Stop Codons in Bacterial Evolution»։ Journal of Bacteriology 190 (20): 6718–6725։ PMC 2566208։ PMID 18708500։ doi:10.1128/JB.00682-08 
  12. Ito Koichi, Uno Makiko, Nakamura Yoshikazu (1999)։ «A tripeptide 'anticodon' deciphers stop codons in messenger RNA»։ Nature 403 (6770): 680–684։ PMID 10688208։ doi:10.1038/35001115 
  13. Stahl FW (1995)։ «The amber mutants of phage T4»։ Genetics 141 (2): 439–442։ PMC 1206745։ PMID 8647382։ doi:10.1093/genetics/141.2.439 
  14. 14,0 14,1 Lewin Benjamin, Krebs Jocelyn E., Goldstein Elliott S., Kilpatrick Stephen T. (2011-04-18)։ Lewin's Essential GENES (անգլերեն)։ Jones & Bartlett Publishers։ ISBN 978-1-4496-4380-5 
  15. Robin Cook։ «Amber, Ocher, and Opal Mutations Summary»։ World of Genetics։ Gale 
  16. Brenner S., Stretton A. O. W., Kaplan S. (1965)։ «Genetic Code: The 'Nonsense' Triplets for Chain Termination and their Suppression»։ Nature 206 (4988): 994–8։ Bibcode:1965Natur.206..994B։ PMID 5320272։ doi:10.1038/206994a0 
  17. Pang S., Wang W. (2002)։ «A novel nonstop mutation in the stop codon and a novel missense mutation in the type II 3beta-hydroxysteroid dehydrogenase (3beta-HSD) gene causing, respectively, nonclassic and classic 3beta-HSD deficiency congenital adrenal hyperplasia»։ J Clin Endocrinol Metab 87 (6): 2556–63։ PMID 12050213։ doi:10.1210/jcem.87.6.8559 
  18. Doucette, L. (2011)։ «A novel, non-stop mutation in FOXE3 causes an autosomal dominant form of variable anterior segment dysgenesis including Peters anomaly»։ European Journal of Human Genetics 19 (3): 293–299։ PMC 3062009։ PMID 21150893։ doi:10.1038/ejhg.2010.210 
  19. Torres-Torronteras, J., Rodriguez-Palmero, A. (2011)։ «A novel nonstop mutation in TYMP does not induce nonstop mRNA decay in a MNGIE patient with severe neuropathy»։ Hum. Mutat. 32 (4): E2061–E2068։ PMID 21412940։ doi:10.1002/humu.21447 
  20. Spaull R, Steel D, Barwick K, Prabhakar P, Wakeling E, Kurian MA (2022-07-23)։ «STXBP1 Stop‐Loss Mutation Associated with Complex Early Onset Movement Disorder without Epilepsy»։ Movement Disorders Clinical Practice (անգլերեն) 9 (6): 837–840։ ISSN 2330-1619։ PMC 9346254 ։ PMID 35937496 ։ doi:10.1002/mdc3.13509 
  21. Seligmann Hervé, Pollock David D. (2004)։ «The Ambush Hypothesis: Hidden Stop Codons Prevent Off-Frame Gene Reading»։ DNA and Cell Biology 23 (10): 701–5։ PMID 15585128։ doi:10.1089/1044549042476910 
  22. Cavalcanti Andre, Chang Charlotte H., Morgens David W. (2013)։ «Ambushing the ambush hypothesis: predicting and evaluating off-frame codon frequencies in Prokaryotic Genomes»։ BMC Genomics 14 (418): 1–8։ PMC 3700767։ PMID 23799949։ doi:10.1186/1471-2164-14-418 
  23. Wong Tit-Yee, Schwartzbach Steve (2015)։ «Protein mis-termination initiates genetic diseases, cancers, and restricts bacterial genome expansion»։ Journal of Environmental Science and Health, Part C 33 (3): 255–85։ PMID 26087060։ doi:10.1080/10590501.2015.1053461 
  24. «Reprogrammed genetic decoding in cellular gene expression»։ Molecular Cell 13 (2): 157–68։ 2004։ PMID 14759362։ doi:10.1016/S1097-2765(04)00031-0 
  25. «Peroxisomal lactate dehydrogenase is generated by translational readthrough in mammals»։ eLife 3: e03640։ 2014։ PMC 4359377։ PMID 25247702։ doi:10.7554/eLife.03640 
  26. «The functional readthrough extension of malate dehydrogenase reveals a modification of the genetic code»։ Open Biol 6 (11): 160246։ 2016։ PMC 5133446 ։ PMID 27881739։ doi:10.1098/rsob.160246 
  27. «Watch me unveil "synthetic life"»։ 21 May 2010