“小陳，我要做的這個(gè)基因，NCBI上序列錯(cuò)啦，怎么在編碼區(qū)還有終止密碼子呢？”，前幾天，一位老師這樣問(wèn)我。
學(xué)生物的都知道，細(xì)胞通過(guò)A、T、C、G（T=U）形成64種三聯(lián)密碼子，共計(jì)編碼二十種氨基酸及三種終止密碼子TAA、TGA、TAG。終止密碼子都只會(huì)位于編碼區(qū)最末端，而下述蛋白為何編碼區(qū)中間會(huì)出現(xiàn)終止密碼子呢，是數(shù)據(jù)庫(kù)錯(cuò)誤嗎？
前幾年，無(wú)論是電視上還是很多保健品商店，市場(chǎng)都在瘋狂“硒”產(chǎn)品概念，什么含硒大米、硒口服液，還出現(xiàn)了世界硒都-恩施，并有硒產(chǎn)品博覽會(huì)。硒是人體的微量元素，可防止因氧化而引起的衰老、減慢其變化的速度，并且它還具有活化免疫系統(tǒng)，預(yù)防癌癥的功效，還有……
“等等，你跑題啦，我跟你談基因，你跟我安利硒干嘛，你們公司轉(zhuǎn)型賣保健品了嗎？!”老師顯然對(duì)我的滔滔不絕不耐煩了。
老師，您別著急，我們步入正題。NCBI數(shù)據(jù)庫(kù)沒(méi)有錯(cuò)，基因?qū)?yīng)位置在細(xì)胞內(nèi)實(shí)際就是TGA，但這個(gè)TGA不是終止密碼子，而是第二十一種氨基酸：硒半胱氨酸（Sec），存在于少數(shù)一些酶中，如谷胱甘肽過(guò)氧化酶、甲狀腺素5'-脫碘酶、硫氧還蛋白還原酶、甲酸脫氫酶、甘氨酸還原酶和一些氫化酶等。硒半胱氨酸的結(jié)構(gòu)和半胱氨酸類似，只是其中的硫原子被硒取代。包含硒半胱氨酸殘基的蛋白都稱為硒蛋白，其密碼子就是TGA，氨基酸簡(jiǎn)寫是U：
既然TGA既是終止密碼子，也是Sec的密碼子，細(xì)胞如何判斷TGA編碼何種情況呢？實(shí)際上，所有的硒蛋白都需要一個(gè)特殊的序列--硒半胱氨酸插入序列SECIS（SElenoCysteine Insertion Sequence）輔助TGA表達(dá)為Sec，SECIS是一段含有頸環(huán)結(jié)構(gòu)的序列，在細(xì)菌中直接存在于TGA密碼子下游，即SECIS是一段編碼序列，但其RNA含有二級(jí)結(jié)構(gòu)；在古細(xì)菌以及真核生物中，SECIS位于非翻譯區(qū)的3UTR。
人體共表達(dá)25二十五種硒蛋白，幾乎都屬于酶類蛋白，其活性催化部位含有一個(gè)硒代半胱氨酸(Sec)殘基，比如GPx酶系核心生理功能是作為生物酶催化谷胱甘肽(GSH)清除人體細(xì)胞胞質(zhì)、胞膜和胞外的過(guò)氧化氫、脂質(zhì)過(guò)氧化物和有機(jī)過(guò)氧化物等有害代謝產(chǎn)物，實(shí)現(xiàn)微量元素硒的抗氧化能力。
人類的25種硒蛋白
由于人體無(wú)法自行合成硒，因此要額外補(bǔ)充。補(bǔ)充硒實(shí)際就是為硒蛋白的合成提供原料，實(shí)現(xiàn)硒蛋白功能。而硒蛋白主要通過(guò)酶促作用實(shí)現(xiàn)抗氧化和代謝調(diào)節(jié)等生理功能，這剛好符合人們對(duì)于美容、健康的追求，因此成為商家的一個(gè)炒作熱點(diǎn)。
“小陳啊，我懂了，那我要在細(xì)胞過(guò)表達(dá)硒蛋白基因，有什么注意事項(xiàng)嗎？”這位老師接著問(wèn)。
有，兩個(gè)注意點(diǎn)！
硒蛋白表達(dá)的注意事項(xiàng)
#1 帶SECIS構(gòu)建
如果是細(xì)菌的基因，比如fdhF，由于SECIS就是位于編碼區(qū)，所以依然只是構(gòu)建編碼區(qū)即可；而對(duì)于真核基因，硒蛋白的構(gòu)建一定得帶上3UTR，主要是用到其中的SECIS輔助Sec的翻譯。數(shù)據(jù)庫(kù)收錄了很多SECIS元件的序列，NCBI都可以查閱到：
#2 確認(rèn)培養(yǎng)液是否含有硒元素
無(wú)論是體外還是體內(nèi)、真核還是原核表達(dá)，若不含有硒元素，即便在SECIS的加持下，由于不含有原料供應(yīng)，TGA只會(huì)翻譯出終止密碼子，最終會(huì)導(dǎo)致硒蛋白無(wú)法翻譯出完整的蛋白而喪失功能。當(dāng)前，原核表達(dá)一定得額外添加甲硫氨酸，細(xì)胞及動(dòng)物實(shí)驗(yàn)可適當(dāng)添加亞硒酸鈉(Na2SeO3)(也有文獻(xiàn)沒(méi)寫額外添加，猜測(cè)血清中含有微量的硒元素)。
本文已經(jīng)列舉了人源的硒蛋白，若要知悉其他物種的以及SECIS位置，看查閱數(shù)據(jù)庫(kù)selenodb，其中收錄了大部分物種已知的硒代蛋白。
正如人類的性別不只“男”“女”兩種，密碼子的世界復(fù)雜度也遠(yuǎn)超你的想象，在早期定義了二十種氨基酸之后，又發(fā)現(xiàn)了本文所講的硒代半胱氨酸，之后又發(fā)現(xiàn)了吡咯賴氨酸(Pyrrolysine)，其密碼子也是TGA。只是后者目前只在產(chǎn)甲烷菌中出現(xiàn)，所以我們不做討論。我們常規(guī)細(xì)胞的線粒體、植物的葉綠體，其密碼子都常染色體都有較大差異。拋開這些不談，人的原癌基因MYC，其起始密碼子不是常規(guī)的ATG，而是CTG，但此處的CTG竟然編碼ATG的甲硫氨酸，而不是CTG的亮氨酸，你說(shuō)神奇不！
基因序列本身富含了很多隱藏的信息等待我們發(fā)掘，基因的解碼及表達(dá)離不開對(duì)各類基因特征的充分了解，吉?jiǎng)P基因依托每年海量的為客戶提供的定制基因服務(wù)，對(duì)基因的表達(dá)譜了然于胸，可助力您充分了解基因、分析基因、表達(dá)基因提供強(qiáng)有力支持，更是開發(fā)出了強(qiáng)表達(dá)載體、大包裝容量載體，助力基因功能的研究，快來(lái)咨詢吧！！！
