TY - JOUR

T1 - Влияние переназначения кодонов на свойства и структуру митохондриальных белков байкальских амфипод

AU - Yudinceva, A. V.

AU - Romanova, E. V.

AU - Sherbakov, D. Y.

AU - Bukin, Y. S.

N1 - Работа выполнена при поддержке темы бюджетного финансирования № 0279-2021-0010 Федерального государственного бюджетного учреждения науки Лимнологического института Сибирского отделения Российской академии наук. Влияние переназначения кодонов на свойства и структуру митохондриальных белков байкальских амфипод / А. В. Юдинцева, Е. В. Романова, Д. Ю. Щербаков, Ю. С. Букин // Математическая биология и биоинформатика. – 2025. – Т. 20, № 1. – С. 54-70. – DOI 10.17537/2025.20.54.

PY - 2025

Y1 - 2025

N2 - Существует более десяти вариантов митохондриального генетического кода эукариот. Изменение генетического кода в ходе эволюции, иначе называемое переназначением кодонов, может происходить в результате механизма, включающего стадию ремолдинга тРНК генов (изменение идентичности тРНК вследствие точечных мутаций в антикодоновой последовательности). При изучении структур митохондриальных геномов байкальских амфипод (Crustacea) у ряда видов был выявлен ремолдинг тРНК генов, случаи которого наиболее достоверно были показаны у Acanthogammarus victorii (3 случая ремолдинга), Eulimnogammarus vittatus и Gmelinoides fasciatus (по одному случаю ремолдинга). Примечательно, что помимо копии тРНК, подвергшейся ремолдингу, в митохондриальных геномах байкальских амфипод сохранился исходный ген тРНК этого типа. В данной работе при помощи биоинформатического анализа оценивалось потенциальное влияние переназначения кодонов вследствие ремолдинга тРНК генов на некоторые физико-химические свойства и пространственную структуру митохондриальных белков, главным образом, на белок цитохром B (CYTB) у вышеупомянутых видов амфипод. Проводилась in silico трансляция митохондриальных белков с использованием различных вариантов генетического кода: стандартным митохондриальным кодом беспозвоночных (без переназначения кодонов), а также с учетом частичного и полного переназначения кодонов. Сравнивались такие физико-химические свойства белка CYTB, как молекулярный вес, средний вес аминокислотного остатка, изоэлектрическая точка и заряд. Также оценивалось сходство трехмерных структур моделей белка CYTB по показателю RMSD (среднеквадратичное отклонение). Анализ позволил установить, что эволюционные дистанции в митохондриальных белках с учетом частичного и полного переназначения кодонов на внутривидовом уровне меньше тех, которые формируются на межвидовом уровне в процессе эволюционной дивергенции. Выявлено, что переназначение кодонов приводит к изменениям как физико-химических свойств белка, так и его пространственной структуры, однако эти изменения также были значительно меньше таковых, посчитанных для белков у разных видов амфипод. Влияние на физико-химические свойства и пространственную структуру белка CYTB зависит как от количества переназначенных кодонов, так и от разности свойств заменяемых аминокислот. Наибольшее влияние переназначение кодонов оказало на значение изоэлектрической точки (от 5.5 до 8.9) и заряда (от - 3.5 до 9) белка CYTB у вида A. victorii . Возможно, экологические условия озера Байкал способствуют появлению дополнительных копий митохондриальных тРНК и их ремолдингу.

AB - Существует более десяти вариантов митохондриального генетического кода эукариот. Изменение генетического кода в ходе эволюции, иначе называемое переназначением кодонов, может происходить в результате механизма, включающего стадию ремолдинга тРНК генов (изменение идентичности тРНК вследствие точечных мутаций в антикодоновой последовательности). При изучении структур митохондриальных геномов байкальских амфипод (Crustacea) у ряда видов был выявлен ремолдинг тРНК генов, случаи которого наиболее достоверно были показаны у Acanthogammarus victorii (3 случая ремолдинга), Eulimnogammarus vittatus и Gmelinoides fasciatus (по одному случаю ремолдинга). Примечательно, что помимо копии тРНК, подвергшейся ремолдингу, в митохондриальных геномах байкальских амфипод сохранился исходный ген тРНК этого типа. В данной работе при помощи биоинформатического анализа оценивалось потенциальное влияние переназначения кодонов вследствие ремолдинга тРНК генов на некоторые физико-химические свойства и пространственную структуру митохондриальных белков, главным образом, на белок цитохром B (CYTB) у вышеупомянутых видов амфипод. Проводилась in silico трансляция митохондриальных белков с использованием различных вариантов генетического кода: стандартным митохондриальным кодом беспозвоночных (без переназначения кодонов), а также с учетом частичного и полного переназначения кодонов. Сравнивались такие физико-химические свойства белка CYTB, как молекулярный вес, средний вес аминокислотного остатка, изоэлектрическая точка и заряд. Также оценивалось сходство трехмерных структур моделей белка CYTB по показателю RMSD (среднеквадратичное отклонение). Анализ позволил установить, что эволюционные дистанции в митохондриальных белках с учетом частичного и полного переназначения кодонов на внутривидовом уровне меньше тех, которые формируются на межвидовом уровне в процессе эволюционной дивергенции. Выявлено, что переназначение кодонов приводит к изменениям как физико-химических свойств белка, так и его пространственной структуры, однако эти изменения также были значительно меньше таковых, посчитанных для белков у разных видов амфипод. Влияние на физико-химические свойства и пространственную структуру белка CYTB зависит как от количества переназначенных кодонов, так и от разности свойств заменяемых аминокислот. Наибольшее влияние переназначение кодонов оказало на значение изоэлектрической точки (от 5.5 до 8.9) и заряда (от - 3.5 до 9) белка CYTB у вида A. victorii . Возможно, экологические условия озера Байкал способствуют появлению дополнительных копий митохондриальных тРНК и их ремолдингу.

KW - amino acid substitutions

KW - cytochrome b (CYTB)

KW - evolutionary distances

KW - mitochondrial genome

KW - mitochondrial proteome

KW - Митохондриальный геном

KW - Митохонондриальный тротеом

KW - Цитохром B

KW - CYTB

KW - Эволюционные дистанции

UR - https://www.mendeley.com/catalogue/a6e29cfc-2127-34fb-b375-681a69491de3/

UR - https://www.scopus.com/record/display.uri?eid=2-s2.0-86000617911&origin=inward&txGid=cdaf01d15a292c9a7a6678c7d52df61c

U2 - 10.17537/2025.20.54

DO - 10.17537/2025.20.54

M3 - статья

VL - 20

SP - 54

EP - 70

JO - Mathematical Biology and Bioinformatics

JF - Mathematical Biology and Bioinformatics

SN - 1994-6538

IS - 1

ER -