اكتشف أسرار تفضيل الكودون

يشير انحياز استخدام الكودونات إلى الاختلافات في تواتر حدوث الكودونات المترادفة في الحمض النووي المشفر .

الكودون هو سلسلة من ثلاثة نيوكليوتيدات (ثلاثية) تشفر حمضا أمينيا محددا في سلسلة عديد الببتيد أو لإنهاء عملية الترجمة ( كودونات التوقف ).

يوجد 64 كودون مختلف (61 كودونا تشفر الأحماض الأمينية و3 كودونات توقف)، ولكن 20 حمضا أمينيا فقط تترجم بشكل مختلف. يسمح هذا العدد الكبير من الكودونات بتشفير العديد من الأحماض الأمينية بأكثر من كودون واحد. وبسبب هذا التكرار، يقال إن الشفرة الوراثية منعدة. غالبا ما تميل الشفرات الوراثية للكائنات الحية المختلفة إلى استخدام أحد الكودونات العديدة التي تشفر نفس الحمض الأميني أكثر من غيرها، أي أن تردد أحدها يكون أعلى مما هو متوقع عشوائيا. كيفية نشوء هذه الميول مجال مثير للجدل في التطور الجزيئي . يمكن الاطلاع على جداول استخدام الكودونات التي تفصل ميل استخدام الكودونات الجينومية للكائنات الحية في GenBank وRefSeq في مشروع جداول استخدام الكودونات HIVE (HIVE-CUTs) ، والذي يحتوي على قاعدتي بيانات منفصلتين، CoCoPUTs وTissueCoCoPUTs. توفر هاتان القاعدتان معا إحصاءات شاملة ومحدثة حول استخدام الكودونات ازواج الكودونات والنيوكليوتيدات الثنائية لجميع الكائنات الحية التي تتوفر معلومات تسلسلها، ولـ 52 نسيجا بشريا، على التوالي.

من المتعارف عليه عموما أن انحيازات الكودونات تعكس مساهمات ثلاثة عوامل رئيسية: تحويل الجينات المتحيز نحو GC الذي يفضل الكودونات المنتهية بـ GC في الكائنات ثنائية المجموعة الكروموسومية، وانحيازات الوصول التي تعكس تفضيلات الطفرات (والتي تفضل عادة الكودونات المنتهية بـ AT)، والانتقاء الطبيعي للكودونات المفضلة فيما يتعلق بالترجمة. تعكس الكودونات المثلى في الكائنات الحية الدقيقة سريعة النمو، مثل الإشريكية القولونية أو الخميرة الخبازية ، تكوين مجموعة الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA) الجينومي الخاصة بها. يعتقد أن الكودونات المثلى تساعد على تحقيق معدلات ترجمة أسرع ودقة عالية. نتيجة لهذه العوامل، يتوقع أن يكون الانتقاء الترجمي أقوى في الجينات عالية التعبير ، كما هو الحال بالفعل في الكائنات المذكورة أعلاه. في الكائنات الحية الأخرى التي لا تظهر معدلات نمو عالية أو التي تمتلك جينومات صغيرة، يكون تحسين استخدام الكودونات غائبا عادة، وتحدد تفضيلات الكودونات من خلال الانحيازات الطفرية المميزة الموجودة في ذلك الجينوم تحديدا. ومن أمثلة ذلك الإنسان ( Homo sapiens ) وبكتيريا الملوية البوابية (Helicobacter pylori ). تشمل الكائنات الحية التي تظهر مستوى متوسطا من تحسين استخدام الكودونات ذبابة الفاكهة ( Drosophila melanogaster )، والديدان الأسطوانية ( Caenorhabditis elegans )، وقنفذ البحر ( Strongylocentrotus purpuratus )، ونبات الرشاد ( Arabidopsis thaliana ). من المعروف أن العديد من العائلات الفيروسية ( فيروس الهربس ، والفيروس البطيء ، وفيروس الورم الحليمي ، وفيروس الورم الحليمي المتعدد ، والفيروس الغدي ، والفيروس الصغير ) تشفر بروتينات هيكلية تظهر استخداما منحرف بشدة للكودونات مقارنة بالخلية المضيفة . وقد طُرحت فكرة مفادها أن هذه الانحيازات في الكودونات تلعب دورا في التنظيم الزمني لبروتيناتها المتأخرة.

لقد كان موضوع استخدام الكودونات وتحسين الحمض النووي الريبوزي الناقل (tRNA) موضع نقاش حاد. فليس من الواضح ما إذا كان استخدام الكودونات هو المحرك الرئيسي لتطور الحمض النووي الريبوزي الناقل أم العكس. وقد طور نموذج رياضي واحد على الأقل يظهر أن استخدام الكودونات وتعبير الحمض النووي الريبوزي الناقل يتطوران معًا في آلية تغذية راجعة ( أي أن الكودونات الموجودة بترددات عالية تزيد من تعبير الحمض النووي الريبوزي الناقل المقابل لها، والحمض النووي الريبوزي الناقل الذي يعبر عنه عادة بمستويات عالية يزيد من تردد الكودونات المقابلة له). ومع ذلك، يبدو أن هذا النموذج لم يحظ بعده بتأكيد تجريبي. ومن المشكلات الأخرى أن تطور جينات الحمض النووي الريبوزي الناقل يهد مجالا بحثيا غير نشط إلى حد كبير.