短いtRNA抗コドンステムと変異体ERF1は、停止コドンの再割り当てを可能にします

同族TRNAは、標準的な遺伝コードに従ってリボソームの翻訳に特定のアミノ酸を供給し、同族TRNAのない3つのコドンは停止コドンとして機能します。一部の原生生物は、すべての停止コドンをセンスコドンとして再割り当てし、この基本原理1-4を無視しています。ここでは、以前に記載されていなかったトリパノソーマ酸ブラストクリチジアのノンストップの7,259の予測されたタンパク質コード遺伝子のフレーム内停止コドンを分析します。この種では、フレーム内停止コドンが高レベルで発現した遺伝子で過小評価されており、UAAが唯一の終了コドンとして機能することを明らかにします。New TrnasgluはUAGに完全に認められ、UAAはこれらの停止コドンを再割り当てするために進化しましたが、UGAの再割り当ては、TrnatrpCCAのアンチコドンステムを5つから4つの塩基対（BP）短縮することにより、異なる経路をたどりました。標準的な5-bp TRNATRPは、UGGが遺伝コードによって決定されたものとして認識されますが、その短縮された4-bpバリアントには、トリプトファンもインフレームUGAに組み込まれています。B. nonstop、Trypanosoma brucei、Saccharomyces cerevisiaeの両方のバリアントを工学することにより、この進化的ひねりを模倣し、最後の2つの種でそれらを発現させると、4 bpすべてのバリエーションに対してかなり高い読み取りスルーを記録しました。さらに、B。Bをコードする遺伝子は、UGAの認識を特異的に制限する変異を取得し、UGAの再割り当てを堅牢に増強しました。ほぼ同じ戦略が、繊毛湿岩マグナムによって採用されています。したがって、再割り当てされた停止コドンを使用して無関係な真核生物で悪用された、以前は未知で普遍的なメカニズムについて説明します。

Cognate tRNAs deliver specific amino acids to translating ribosomes according to the standard genetic code, and three codons with no cognate tRNAs serve as stop codons. Some protists have reassigned all stop codons as sense codons, neglecting this fundamental principle1-4. Here we analyse the in-frame stop codons in 7,259 predicted protein-coding genes of a previously undescribed trypanosomatid, Blastocrithidia nonstop. We reveal that in this species in-frame stop codons are underrepresented in genes expressed at high levels and that UAA serves as the only termination codon. Whereas new tRNAsGlu fully cognate to UAG and UAA evolved to reassign these stop codons, the UGA reassignment followed a different path through shortening the anticodon stem of tRNATrpCCA from five to four base pairs (bp). The canonical 5-bp tRNATrp recognizes UGG as dictated by the genetic code, whereas its shortened 4-bp variant incorporates tryptophan also into in-frame UGA. Mimicking this evolutionary twist by engineering both variants from B. nonstop, Trypanosoma brucei and Saccharomyces cerevisiae and expressing them in the last two species, we recorded a significantly higher readthrough for all 4-bp variants. Furthermore, a gene encoding B. nonstop release factor 1 acquired a mutation that specifically restricts UGA recognition, robustly potentiating the UGA reassignment. Virtually the same strategy has been adopted by the ciliate Condylostoma magnum. Hence, we describe a previously unknown, universal mechanism that has been exploited in unrelated eukaryotes with reassigned stop codons.