Введение
ГЛАВА 1. Обзор литературы 14
1.1. Механизм процесса трансляции на примере трансляции Escherichia coli 14
1.2. Контекстные особенности открытых рамок считывания, связанные с эффективностью элонгации трансляции 16
1.2.1. Влияние кодонного состава открытых рамок считывания на эффективность элонгации
трансляции 16
1.2.1.1. Неравномерность использования синонимичных кодонов в открытых рамках считывания 16
1.2.1.2. Молекулярные механизмы и математические модели, объясняющие неравномерность использования кодонов и ее корреляцию с пулом тРНК 18
1.2.1.3. Связь функции гена с адаптацией его кодонного состава к пулу тРНК 23
1.2.1.4. Медленные кодоны в 5 -районе кодирующей части генов. Модель взаимодействия рибосомы с тРНК 23
1.2.1.5. Связь между скоростью трансляции и точностью синтеза и фолдинга белка 26
1.2.1.6. Кодонный состав генов и тканеспецифичная экспрессия у многоклеточных организмов 28
1.2.2. Влияние вторичных структур в мРНК на эффективность элонгации трансляции 29
1.2.2.1. Вторичные структуры в 5 -НТР и районе старт-кодона трансляции 29
1.2.2.2. Вторичные структуры в кодирующей части мРНК 31
1.2.2.3. Современные экспериментальные методы определения вторичных структур в мРНК 34
1.3. Биоинформатические методы оценки эффективности экспрессии генов 35
1.3.1. Математические индексы 35
1.3.2. Программы для анализа контекстных характеристик нуклеотидных последовательностей 40
1.3.2.1. Программы для анализа кодонного состав нуклеотидных последовательностей 40 1.3.2.2. Программы для анализа вторичных структур в нуклеотидных последовательностях 42
1.3.3. Изучение процесса трансляции при помощи математических стохастических моделей 43
Заключение к обзору литературы 47
ГЛАВА 2. Методы и алгоритмы 48
2.1. Геномные последовательности 48
2.2. Индекс эффективности элонгации трансляции EEI
2.2.1. Учет кодонного состава гена при расчете индекса EEI 50
2.2.2. Учет потенциальных вторичных структур в мРНК при расчете индекса EEI
2.2.2.1. Индекс локальной комплементарности LCI 52
2.2.2.2. Индекс локальной комплементарности индивидуального нуклеотида LCI(i, j) 54
2.2.3. Пять типов EEI и определение типа, лучше всего оценивающего эффективность
элонгации трансляции в исследуемом организме 55
2.3. Программа EloE 56
2.3.1. Общие сведения о программе EloE 56
2.3.2. Входные и выходные данные программы EloE 59
2.3.3. Алгоритм работы программы EloE 63
2.4. Статистический анализ 64
ГЛАВА 3. Результаты и обсуждение 65
3.1. Исследование геномов одноклеточных организмов при помощи программы EloE.
Расчет индексов эффективности элонгации трансляции 65
3.1.1. Исследование геномов бактерий 65
3.1.2. Исследование геномов архей 66
3.1.3. Исследование геномов одноклеточных эукариот 67
3.1.4. Особенные организмы, выявленные в результате анализа геномов одноклеточных организмов программой EloE 68
3.2. Подробное исследование организмов, принадлежащих к роду Mycoplasma 69
3.2.1. Распределение исследованных штаммов Mycoplasma по пяти типам индекса EEI 69
3.2.2. Анализ количества совершенных локальных инвертированных повторов в генах различных штаммов Mycoplasma 72
3.2.3. Филогенетический анализ исследуемых Mycoplasma 74
3.2.4. Анализ профилей LCI индексов индивидуальных нуклеотидов у Mycoplasma 76
3.2.5. Подробное исследование профилей LCI индивидуальных нуклеотидов у Mycoplasma 78
3.2.6. Исследование оперонной структуры генов различных штаммов Mycoplasma 81
3.2.7. Связь между GC-составом и эволюционной оптимизацией первичной структуры генов Mycoplasma для повышения эффективности элонгации трансляции 82
3.2.8. Использование программы UNAFold для предсказания вторичной структуры мРНК у Mycoplasma 84
3.3. Исследование оптимизации первичной структуры генов архей в процессе эволюции 86
3.3.1. Исследование влияния синонимичных замен в генах организма на значения индекса EEI 86
3.3.2. Анализ предковых последовательностей генов архей 91
3.3.3. Исследование зависимости между влиянием потенциальных вторичных структур в мРНК на эффективность трансляции у aрхей и температурой их среды обитания 94
3.3.4. Связь между GC-составом и эволюционной оптимизацией первичной структуры генов архей для повышения эффективности элонгации трансляции 97
3.4. Исследование взаимосвязи между эффективностью элонгации трансляции генов
дрожжей и плотностью их нуклеосомной упаковки в 5 -фланкирующем районе 98
3.4.1. Корреляция между потенциалом формирования нуклеосом и EEI у S. pombe 98
3.4.2. Корреляция между потенциалом формирования нуклеосом и EEI у S. cerevisiae 100
3.4.3. Корреляция между EEI и экспериментальными данными по нуклеосомной упаковке у S. cerevisiae 103
3.5. Исследование возможных причин различия видов корреляций между ПФН и EEI у S.
cerevisiae и S. pombe 104
3.5.1. Исследование профилей нуклеосомного потенциала у S. cerevisiae и S. pombe 104
3.5.2. Распределение генов по длине у S. cerevisiae и S. pombe 105
3.5.3. Исследование связи между GC-составом генов и индексом EEI у S. cerevisiae и S. pombe 106
3.5.4. Сравнение кодонных составов генов S. cerevisiae и S. pombe 107
3.5.5. Сравнение эффективностей элонгации трансляции генов с одинаковыми идентификаторами у S. cerevisiae и S. pombe при помощи программы EloE 108
3.5.6. Сравнение динуклеотидных составов генов S. cerevisiae и S. pombe 110
3.5.7. Результаты исследования возможных причин различия видов корреляций между ПФН и EEI у S. cerevisiae и S. pombe 113
Заключение 115
Выводы 117
Список литературы
