E COLIの相互作用性タンパク質のコドンバイアスパターン

同義のコドン、すなわち、同じアミノ酸をコーディングするDNAヌクレオチドトリプレットは、さまざまな生物間で異なる方法で使用されます。コドンの使用バイアスとして知られるこの現象の生物学的意味は、依然として議論の余地があります。このポイントに光を当てるために、高度に発現された遺伝子の使用バイアスに合わせて調整されることなく、翻訳中の同族とほぼ同族のTRNAの間の競合に基づいた、新しいコドンバイアスインデックスであるCompaiを提案します。E.coliのコドンバイアスのゲノム全体の評価を実行し、Compaiを他の広く使用されているインデックス（TAI、CAI、およびNC）と比較します。CompaiとTaiは、進化保持指数（ERI）と本質性によって測定された遺伝子保存と正の相関があることにより、同様の情報をキャプチャするのに対し、CAIとNCは進化的機能パラメーターに敏感ではないように見えることを示します。特に、ERIとのTAIおよびCompaiの変動速度は、オルソロガス遺伝子（COG）の特定のクラスターに一貫して属する遺伝子のセットを得ることができます。また、ゲノムレベルでのコドンバイアスの相関と、E.coliのタンパ​​ク質間相互作用のネットワーク機能を調査します。ネットワークの最も密に接続されたコミュニティは、同様のレベルのコドンバイアスを共有していることがわかります（compaiとtaiで測定）。逆に、2つの遺伝子間のコドンバイアスのわずかな違いは、統計的には、対応するタンパク質が相互作用する前提条件です。重要なことに、すべてのコドンバイアスインデックスの中で、Compaiは相互作用のコミュニティに対して最も首尾一貫した分布を持っていることが判明し、コドンの使用適応を説明するための同族とほぼ共同副次的なTRNA間の競争の重要性を指し示しています。特に、COMPAIは、コドンとアンチコドン間のぐらつきによって引き起こされる特定の遅延を考慮することにより、翻訳速度測定と潜在的に相関する可能性があります。

Synonymous codons, i.e., DNA nucleotide triplets coding for the same amino acid, are used differently across the variety of living organisms. The biological meaning of this phenomenon, known as codon usage bias, is still controversial. In order to shed light on this point, we propose a new codon bias index, CompAI, that is based on the competition between cognate and near-cognate tRNAs during translation, without being tuned to the usage bias of highly expressed genes. We perform a genome-wide evaluation of codon bias for E.coli, comparing CompAI with other widely used indices: tAI, CAI, and Nc. We show that CompAI and tAI capture similar information by being positively correlated with gene conservation, measured by the Evolutionary Retention Index (ERI), and essentiality, whereas, CAI and Nc appear to be less sensitive to evolutionary-functional parameters. Notably, the rate of variation of tAI and CompAI with ERI allows to obtain sets of genes that consistently belong to specific clusters of orthologous genes (COGs). We also investigate the correlation of codon bias at the genomic level with the network features of protein-protein interactions in E.coli. We find that the most densely connected communities of the network share a similar level of codon bias (as measured by CompAI and tAI). Conversely, a small difference in codon bias between two genes is, statistically, a prerequisite for the corresponding proteins to interact. Importantly, among all codon bias indices, CompAI turns out to have the most coherent distribution over the communities of the interactome, pointing to the significance of competition among cognate and near-cognate tRNAs for explaining codon usage adaptation. Notably, CompAI may potentially correlate with translation speed measurements, by accounting for the specific delay induced by wobble-pairing between codons and anticodons.