原核生物のコーディング領域は、Shine-Dalgarnoモチーフの特異的な枯渇があるかどうかは不明である

Prokaryotic coding regions have little if any specific depletion of Shine-Dalgarno motifs.

• Alisa Yurovsky
• Mohammad Ruhul Amin
• Justin Gardin
• Yuping Chen
• Steve Skiena
• Bruce Futcher

抄録

シャイン-ダルガルノモチーフは原核生物の開始コドンの前に存在し、16SリボソームRNAの3'末端と相補的である。シャイン-ダルガルノ配列と16S rRNAのアンチシャイン-ダルガルノ領域（CCUCCU）との間のハイブリダイゼーションは、リボソームを翻訳のためにmRNAの開始AUGに向ける。シャイン-ダルガルノ様モチーフ（大腸菌ではAGGAGG）はほとんどの原核生物のオープンリーディングフレームから枯渇している。これは、Shine-Dalgarnosの16S rRNAを遺伝子内部でハイブリダイゼーションさせると、翻訳が遅くなったり、内部での翻訳開始が誘導されたりするためと考えられます。しかし、我々は、16S rRNA遺伝子には抗シャイン-ダルガルノ配列がないため、16S rRNAはシャイン-ダルガルノに類似した配列と相互作用することができません。このような抗シャイン-ダルガルノの欠如にもかかわらず、これらの種の半数は、以前の方法で分析したときには、依然としてシャイン-ダルガルノ様配列の枯渇を示した。シャイン-ダルガルノ機構を用いない真核生物においても、同じG-rich配列の枯渇が見られた。これまでの方法では、G-rich配列の非特異的な枯渇を部分的に検出していることが示唆された。その結果、ほとんどの原核生物では、オープンリーディングフレームからShine-Dalgarnoに似た配列が、もしあったとしてもわずかに欠乏しているだけであることがわかりました。リボソームはORF内部のShine-Dalgarnoモチーフで一時停止しないという最近の証拠と合わせて、これらの結果は、原核生物のmRNAの内部領域が翻訳開始から構造的に「遮蔽」されている可能性があるため、ORF内部のShine-Dalgarno様モチーフの存在は取るに足らないものである可能性を示唆している。

The Shine-Dalgarno motif occurs in front of prokaryotic start codons, and is complementary to the 3' end of the 16S ribosomal RNA. Hybridization between the Shine-Dalgarno sequence and the anti-Shine-Dalgarno region of the16S rRNA (CCUCCU) directs the ribosome to the start AUG of the mRNA for translation. Shine-Dalgarno-like motifs (AGGAGG in E. coli) are depleted from open reading frames of most prokaryotes. This may be because hybridization of the 16S rRNA at Shine-Dalgarnos inside genes would slow translation or induce internal initiation. However, we analyzed 128 species from diverse phyla where the 16S rRNA gene(s) lack the anti-Shine-Dalgarno sequence, and so the 16S rRNA is incapable of interacting with Shine-Dalgarno-like sequences. Despite this lack of an anti-Shine-Dalgarno, half of these species still displayed depletion of Shine-Dalgarno-like sequences when analyzed by previous methods. Depletion of the same G-rich sequences was seen by these methods even in eukaryotes, which do not use the Shine-Dalgarno mechanism. We suggest previous methods are partly detecting a non-specific depletion of G-rich sequences. Alternative informatics approaches show that most prokaryotes have only slight, if any, specific depletion of Shine-Dalgarno-like sequences from open reading frames. Together with recent evidence that ribosomes do not pause at ORF-internal Shine-Dalgarno motifs, these results suggest the presence of ORF-internal Shine-Dalgarno-like motifs may be inconsequential, perhaps because internal regions of prokaryotic mRNAs may be structurally "shielded" from translation initiation.