27.7. Мутантные молекулы транспортных РНК могут подавлять другие мутации

Новый этап в изучении процесса узнавания кодона начался в связи с исследованиями мутантных тРНК, в которых изменено одно основание в антикодоне. Эти спонтанные события противоположны по своей сути химической модификации in vitro аминокислоты, прикрепленной к тРНК. Любопытна история открытия таких мутантных тРНК. В течение многих лет генетики знали, что повреждающее действие некоторых мутаций может быть подавлено другой

Рис. 27.8. Благодаря «качаниям» инозин может давать пары оснований с цитозином, аденином и урацилом.

Рис. 27.9. Супрессия мутации, приводящей к терминации цепи, второй мутацией в молекуле тРНК.

мутацией. Предположим, какой-то фермент стал неактивным из-за превращения кодона GCU (аланин) в кодон GAU (аспартат). Мутации какого рода могли бы восстановить активность этого фермента?

1. Обратная мутация того же основания даст исходное кодовое слово.

2. Другая мутация даст валин который, возможно, полностью или частично восстановит активность фермента.

3. Мутация в другом месте того же гена может обратить действие первой мутации. Такой измененный белок будет отличаться от белка дикого типа двумя аминокислотами.

4. Мутация в другом гене может преодолеть повреждающее действие первой мутации. Это явление называется межгенной супрессией.

В течение долгого времени механизм действия межгенных супрессоров оставался загадкой. Теперь мы знаем из генетических и биохимических исследований, что большинство таких супрессоров действует, изменяя считывание мРНК. Рассмотрим к примеру мутацию, которая приводит к появлению терминирующего кодона UAG (т. е. стоп-кодона, или сигнала терминации). Результатом мутации будет образование неполных полипептидных цепей. Такие мутации называются нонсенс-мутациями (от англ. nonsense - бессмысленный), так как неполные полипептиды обычно неактивны. Действие нонсенс-мутации UAG может быть подавлено мутациями в нескольких различных генах. Один из этих супрессоров считывает UAG как кодон тирозина,

что может привести к синтезу активного белка вместо неполной полипептидной цепи (рис. 27.9). Почему же эта мутантная РНК вставляет тирозин в ответ на кодон UAG? В норме тирозиновая тРНК узнает кодоны UAC и UAU. Эта мутантная тРНК идентична нормальной тирозиновой тРНК, за исключением одной замены основания в анти-кодоне: Мутация первого основания антикодона меняет специфичность узнавания. Как предсказывает теория «качаний», измененный антикодон может узнавать только UAG.

Супрессорная тРНК этого типа будет закреплена отбором скорее всего в том случае, если мутировавшая тРНК не была необходимой. Иными словами, должна существовать другая разновидность тРНК, которая узнает те же кодоны, что и мутировавшая тРНК. Действительно, у E. coli имеются две различные тРНК, которые в норме узнают кодоны UAC и UAU. Изменяется та тРНК, которая присутствует в небольшом количестве. Функция этой минорной разновидности тирозиновой тРНК в норме неясна. В связи с существованием такой супрессорной мутации возникает еще один вопрос. Если мутантный кодон в UAG считывается как тирозин, а не как сигнал терминации, что происходит при нормальной терминации цепей? Как ни странно, большинство полипептидных цепей в клетках супрессорного мутанта терминируется нормально, возможно, по той причине, что сигнал

Рис. 27.10. Электронные микрофотографии и -субчастиц (В). (Печатается с любезного разрешения д-ра James Lake.)

терминации представляет собой нечто большее, чем просто кодон UAG. Действительно, известно, что некоторые кодирующие последовательности заканчиваются двумя различными стоп-кодонами. Кроме того, супрессия не обладает стопроцентной эффективностью.

Были обнаружены и другие виды мутантных тРНК. Миссенс-супрессоры изменяют считывание мРНК, так что в ответ на некоторые кодоны вставляется измененная аминокислота (например, глицин вместо аргинина). Особенно интересны супрессоры сдвига рамки. Одна из таких тРНК содержит лишнее основание в антикодоновой петле. Благодаря этому она считывает в качестве кодона четыре основания вместо трех. Например, UUUC считывается как кодон фенилаланина вместо UUU. Такая измененная тРНК может супрессировать вставку лишнего основания.