终止密码子是怎么编码氨基酸的？

终止密码子是怎么编码氨基酸的？

终止密码子是遗传密码中特殊的三个核苷酸序列，通常用于标记蛋白质合成的结束。然而，在某些特定条件下，这些终止密码子也可以编码特定的氨基酸。这种现象被称为"密码子通读"，在病毒学、基因工程和疫苗开发等领域具有重要应用。

终止密码子的类型及其编码特性

真核生物蛋白质翻译的终止密码子主要有三种：UAG、UAA和UGA。它们分别被称为琥珀型（Amber）、赭石型（Ochre）和蛋白石型（Opal）终止密码子。在原核生物中，UAG可以通读编码谷氨酰胺。而在真核生物细胞中，这些终止密码子也可以编码对应的氨基酸。

研究发现，UAG和UAA均编码谷氨酰胺（Gln），而UGA编码精氨酸（Arg）、色氨酸（Trp）和半胱氨酸（Cys）。有趣的是，UAG、UGA可以在体外通读产生protein A融合蛋白，而UAA只有在添加小鼠tRNA时才能通读。CAG的翻译率大约为UAG和UGA的4-5倍。

哺乳动物细胞中的终止密码子通读

在哺乳动物细胞中，终止密码子也可以通读并编码氨基酸。研究者通过分析超出注释终止密码子的保守蛋白质编码特征，确定了潜在的终止密码子读取的四个哺乳动物基因。进一步研究发现，MAPK10、AQP4、OPRK1和OPRL1这四个基因在HEK-293T细胞中显示出有效的终止密码子读取，且这些UGA终止密码子紧随CUAG序列。

例如，OPRL1基因编码阿片受体，在HEK-293T细胞中显示出极其有效的通读水平（约31%）。序列UGA-CUA本身可以支持1.5%的密码子通读率，这证明了其重要性。

终止密码子编码氨基酸的应用

终止密码子编码氨基酸的特性在疫苗开发中具有重要应用。例如，2016年发表在Science上的一篇研究，利用这一特性构建了一个包含正交翻译机制的转基因细胞系，扩展了甲型流感病毒基因组的遗传密码。

具体来说，研究者将巴氏甲烷菌的吡咯酸tRNA合成酶-tRNA CUA对（MbpylRS/tRNACUA）稳定转导至HEK293T细胞中，添加正交非天然氨基酸（UAA）Ne-2-叠氮乙基羟碳基赖氨酸后，能够成功拯救出含有TAG终止密码子的WSN病毒。并且在该细胞系中，含有TAG终止密码子的GFP（GFP39TAG）能够通读产生荧光。WSN在HEK293T-tRNA/pylRS/GFP39TAG细胞系和亲本细胞中的包装效率一致。但是，只有在转基因细胞系中，添加UAA的条件下才能观察到CPE。

这项研究提出的方法可能成为生产可适应几乎任何病毒的活病毒疫苗的一般方法，具有重要的学习和参考价值。