Sequence motifs influencing the efficiency of translation

Abstract

The mechanism of protein synthesis is highly conserved in all living organisms. This conservation suggests that sequence motifs influencing the efficiency and accuracy of translation are also conserved. The existence of complete genome sequences of organisms allows us to study those motifs systematically. By using the methods of comparative genomics we can shed light to the conservation extent of motifs important in protein synthesis in different kingdoms of life. PhD thesis gives overview of the bioinformatical studies during which following conclusions were made: 1) The expression level of bacterium Escherichia coli genes do not change correspondingly to the length of Shine-Dalgarno and anti-Shine Dalgarno interaction, suggesting the important influence of additional initiation signals; 2) In highly expressed proteins of bacteria, archaea and eukaryotes stabilizing amino acid alanine is preferred as second amino acid. The preference of GCN codons coding for alanine suggests that so-called Kozak consensus is more conserved between bacteria and eukaryotes than previously thought; 3) Certain number of similarly preferred or avoided codon pairs exists in protein coding genes of different organisms. The effect is stronger in protein coding genes than in genomes general, suggesting the connection between universally used codon pairs and protein synthesis. Valgusünteesi mehhanism on kogu eluslooduses väga konserveerunud. Selline konserveerumine viitab ka translatsiooni efektiivsust ja täpsust määravate järjestusepõhiste motiivide konserveerumisele. Kasutades arvukate sekveneeritud genoomide andmestikke, on võimalik võrdleva genoomika meetodite abil kontrollida, kas ja millises ulatuses sarnanevad valgusünteesi efektiivsust mõjutavad signaalid erinevates organismirühmades. Doktoritöö kirjeldab kolmeosalist bioinformaatilist uurimistööd valgusünteesi efektiivust mõjutavate signaalide kohta erinevates organismirühmades. Töös jõuti järgnevatele järeldustele: 1) Bakteri Escherichia coli geenide ekspressioonitase ei ole sõltuv translatsiooni initisiatsiooniks vajaliku Shine-Dalgarno ja anti-Shine-Dalgarno järjestuste interaktsiooni pikkusest viidates lisadeterminantide olulisele mõjule initsiatsioonil; 2) Nii bakterite, arheate kui ka eukarüootide kõrge ekspressioonitasemega valkudes esineb stabiliseeriva aminohappe alaniini eelistus valkude teise aminohappejäägina. Alaniini kodeerivate GCN koodonite sageduse tõus teise koodonina viitab lisaks nn. Kozaki konsensuse laiemale levikule kogu eluslooduses mitte ainult eukarüootides; 3) Erinevate organismirühmade valke kodeerivates geenides esineb teatud alamhulk koodonpaare, mis on kas sarnaselt välditud või eelistatud. Efekt esineb tugevamalt valke kodeerivates geenides kui genoomis tervikuna, viidates universaalse koodonpaaride kasutuse seosele valgusünteesiga.