密码子最佳化

名词解释

密码子最佳化详细介绍

名词解释

利用某种生物的偏爱密码子（preferred codons），避免利用率低的或稀有的稀有密码子合成基因，基因的这种重新设计叫密码子最佳化（codon optimization）。

密码子最佳化基本原理

遗传密码有64种，但是绝大多数生物倾向于利用这些密码子中的一部分。那些被最频繁利用的称为最佳密码子（optimal codons），那些不被经常利用的称为稀有或利用率低的密码子（rare or low-usage codons）。

实际上用做蛋白表达或生产的每种生物，包括大肠杆菌、酵母、植物细胞、昆虫细胞、哺乳动物细胞，都表现出某种程度的密码子利用的差异或偏爱。大肠杆菌、酵母和果蝇中编码丰度高的蛋白质的基因明显避免低利用率的密码子。因此，重组蛋白的表达可能受密码子利用的影响（尤其在异源表达系统中）的事实并不很奇怪。生物基因利用的密码子，可能不是生物利用的蛋白生产系统进行高水平表达所偏爱的密码子。利用偏爱密码子（preferred codons）并避免利用率低的或稀有的密码子可以合成基因，基因的这种重新设计叫密码子最佳化（codon optimization）。

密码子最佳化发生机制

成簇的低利用率的密码子抑制了核糖体的运动，这是基因不能以合适水平表达的机制之一。核糖体翻译由九个密码子组成的信使（含几个低利用率密码子或全部为低利用率密码子）时的运动速度要比翻译不含低利用率密码子的同样长的信使的速度慢。即使低利用率密码子簇位于3'端，信使最后也会被核糖体”拥挤”而损害，核糖体又回到5'端。3'端低利用率密码子簇的抑制效应可以和全部信使都由低利用率密码子组成的抑制效应一样大。如果低利用率密码子簇位于5'端，其效应是起始核糖体数目的全面减少，导致蛋白合成中信使的低效率。散在分布的稀有密码子对翻译的效应还未很好地研究，但是有证据表明这种情况的确对翻译效率有负面效应。

其他因素也可以影响蛋白表达，包括使mRNA去稳定的序列。重新设计合成基因可以去除或改变这些序列，导致高水平表达。消除稀有密码子、去除任何去稳定序列和利用最佳密码子的基因的重新设计都可能增加蛋白产量，使的蛋白生产更有效和经济。