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2025-09-18 14:06:00
遺伝子は生命の構成要素であり、遺伝コードは、生物を機能させる複雑なプロセスの指示を提供します。しかし、それがどのように、そしてなぜそれがそうなるようになったのでしょうか？イリノイ大学アーバナ・シャンペーン大学の最近の研究は、遺伝コードの起源と進化に関する新たな光を流し、遺伝子工学とバイオインフォマティクスの貴重な洞察を提供します。
「私たちは、生物のタンパク質の集合体であるプロテオームのジペプチド組成に神秘的にリンクしている遺伝コードの起源を見つけます」と、対応する著者のGustavo Caetano-Anollésは、作物科学科の教授であり、カール・R・Woese研究所のGenomic BiologyのCarl R. Woese Institute、およびCarle Irlinois Woes of I.
地球上の生命は38億年前に始まりましたが、遺伝子と遺伝コードは8億年後まで出現しませんでした。
一部の科学者は、RNAベースの酵素活性が最初に来たと考えている人もいれば、タンパク質が最初に一緒に働き始めたことを示唆する科学者もいます。過去数十年にわたるCaetano-Anollésと彼の同僚の研究は、後者の見解を支持しており、リボソームタンパク質とTRNA相互作用が進化のタイムラインの後半に現れたことを示しています。
Caetano-Anollésは、ライフが手をつないで動作する2つのコードで実行されています。遺伝コードは核酸（DNAとRNA）の指示を保存し、タンパク質コードは酵素や他の分子に細胞を生かして走らせる方法を伝えます。 2つを橋渡しするのは、TRNA分子によって運ばれるアミノ酸をタンパク質に組み立てるリボソームである細胞のタンパク質工場です。アミノ酸をTRNAにロードする酵素は、アミノアシルTRNAシンテターゼと呼ばれます。これらのシンテターゼ酵素は、遺伝コードの保護者として機能し、すべてが適切に機能することを監視しています。
「なぜ生命は2つの言語に依存しているのか、1つは遺伝子とタンパク質用の言語に依存しているのですか？」 Caetano-Anollésが尋ねた。 「このデュアルシステムが存在する理由や、2つの間の接続を促進する理由はまだわかりません。ドライバーは、機能的に不器用なRNAに陥ることができませんでした。一方、タンパク質は、細胞の洗練された分子機械を操作する専門家です。」
プロテオームは、遺伝コードの初期の歴史を保持するのに適しているようであり、ジペプチドはタンパク質の初期の構造モジュールとして特に重要な役割を果たしています。存在量が異なる生物によって異なる400の可能なジペプチドの組み合わせがあります。
研究チームは、生命の3つのスーパーキングダムの生物を表す1,561個のプロテオームにわたって43億個のジペプチド配列のデータセットを分析しました：古細菌、細菌、ユーカリヤ。彼らは情報を使用して、系統樹とジペプチド進化の年表を構築しました。また、ジペプチドをタンパク質構造ドメインの木にマッピングして、同様のパターンが発生したかどうかを確認しました。
チームは、アミノ酸の出現に関連して、シンテターゼとtRNAの共進化をすでに実証していました。今、彼らは分析にジペプチドを追加することができました。
「結果は一致していることがわかりました」とカエタノ・アノレズは説明しました。 「一致は系統解析の重要な概念です。それは、あるタイプのデータで得られた進化のステートメントが別のタイプによって確認されることを意味します。この場合、タンパク質ドメイン、TRNA、およびジペプチドシーケンスの3つの情報を調べました。
別の斬新な発見は、ジペプチドペアの出現における二重性でした。各ジペプチドは2つのアミノ酸、たとえばアラニン – ロイシン（AL）を組み合わせていますが、対称的なもの – 抗ジペプチド – は、ロイシンアラニン（LA）の反対の組み合わせを持っています。ペアの2つのジペプチドは相補的です。それらはお互いの鏡像と見なすことができます。
「私たちは系統樹で何か驚くべきものを見つけました」とCaetano-Anollésは言いました。 「ほとんどのジペプチドと抗ジペプチドのペアは、進化のタイムラインで互いに非常に近くに現れました。この同期性は予期せぬものでした。二重性は、生物学の潜在的に変革的な意味を持つ遺伝コードについて基本的なものを明らかにしました。酵素。」
ジペプチドは任意の組み合わせとして発生しませんでしたが、タンパク質の折り畳みと機能を形作る重要な構造要素として生じました。この研究は、ジペプチドが初期のRNAベースの運用コードとともに、初期タンパク質の構造的要求に応じて出現する原始タンパク質コードを表していることを示唆しています。このプロセスは、共進化、分子編集、触媒、および特異性によって形作られ、最終的には遺伝コードの現代の守護者であるシンテターゼ酵素を生み出しました。
遺伝コードの進化的ルーツを明らかにすると、生命の起源の理解が深まり、遺伝子工学、合成生物学、生物医学研究などの現代の分野に通知します。
「合成生物学は、進化的観点の価値を認識しています。自然にデザインを導くことで遺伝子工学を強化します。生物学的成分とプロセスの古さを理解することは、変化に対する回復力と抵抗を強調することです。
この研究は、国立科学財団（MCB-0749836およびOISE-1132791）からの助成金、米国農務省（Illu-802-909およびIllu-483-625）、およびCaetano-Anollésへのスーパーコンピューティングアプリケーションのための国立センターからのブルーウォーターズスーパーコンピューターの割り当てによってサポートされました。
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#小さなタンパク質のペアは鍵の鍵の起源です