니렌베르크와 레더 실험

Nirenberg and Leder experiment
마셜 니렌버그

니렌버그와 레더 실험은 1964년 마셜 W. 니렌버그와 필립 레더가 수행한 과학 실험이었다.이 실험은 유전자 코드의 세 쌍둥이 특성을 설명하고 유전자 코드에 남아 있는 애매한 코돈들을 해독할 수 있게 했다.

이 실험에서 트리플렛 결합 분석이라고 불리는 리보솜 결합 분석을 사용하여 mRNA의 다양한 조합이 리보솜을 포함하는 필터를 통과했습니다.독특한 세쌍둥이는 리보솜에 대한 특정 tRNA의 결합을 촉진했다.tRNA를 특정 아미노산과 연관시킴으로써 각 아미노산에 대해 코드화된 트리플렛 mRNA 배열을 결정할 수 있었다.

배경

오스왈드 에이버리는 질병을 일으키는 박테리아에 유전적인 변화를 일으키는 물질이 단백질도 아니고 지질도 아닌 오히려 디옥시리보핵산(DNA)이라는 것을 발견했다.그와 그의 동료 콜린 맥레오드, 맥클린 맥카티는 DNA가 유전 정보를 전달하는 데 책임이 있다고 주장했다.나중에, 어윈 차르가프는 DNA의 구성이 종마다 다르다는 것을 발견했다.이 실험들은 DNA 구조의 발견을 위한 길을 열어주는 데 도움을 주었다.1953년, 모리스 윌킨스와 로잘린드 프랭클린의 X선 결정학의 도움으로, 제임스 왓슨과 프랜시스 크릭은 DNA가 이중 [1]나선으로 구조화된다고 제안했다.

1960년대에 과학자들이 밝혀내야 할 주요 DNA 미스터리 중 하나는 각 암호 단어, 즉 코돈에 얼마나 많은 염기가 있을 것인가 하는 것이었다.과학자들은 총 4가지 염기가 있다는 것을 알고 있었다.그들은 또한 그것이 20개의 알려진 아미노산이라는 것을 알았다.George Gamow는 그 유전 코드가 아미노산당 3개의 뉴클레오티드로 만들어졌다고 제안했다.그는 아미노산이 20개이고 염기가 4개밖에 없기 때문에 코드 단위는 단일(4개 조합) 또는 쌍(16개 조합)일 수 없다고 추론했다.오히려 그는 세쌍둥이(64개의 가능한 조합)가 유전자 코드의 부호화 단위라고 생각했다.그러나 그는 세쌍둥이가 겹치고 [2]퇴화되지 않는다고 제안했다.

시모어 벤저는 1950년대 후반에 파지 돌연변이를 이용한 분석을 개발했는데, 이것은 유전자 영역의 상세한 선형 구조 지도를 최초로 제공했다.크릭은 유전자 [3]코드의 본질을 더욱 묘사하기 위해 돌연변이 유발과 유전자 재조합 파지를 사용할 수 있다고 느꼈다.크릭, 브레너 등 이 페이지를 이용하여 실험을 한 결과, 유전자 코드의 세쌍둥이 성질이 확인되었다.그들은 다양한 수의 뉴클레오티드를 [4]추가하고 삭제하기 위해 프레임시프트 돌연변이와 복귀라고 불리는 과정을 사용했다.DNA 배열에 뉴클레오티드 트리플렛이 추가되거나 삭제되었을 때, 암호화된 단백질은 최소한의 영향을 받았다.따라서, 그들은 유전자 코드가 판독 [5]프레임에서 프레임 시프트를 일으키지 않았기 때문에 세 쌍둥이 코드라고 결론지었다.그들은 코드가 퇴화되었고, 세쌍둥이가 겹치지 않았으며, 각 뉴클레오티드 배열이 특정 시작점에서 읽힌다고 정확하게 결론지었다.

실험 작업

레더에 의해 개발된 멀티 플레이터는 [6]유전자 코드를 해독하는 과정을 가속화하는 데 도움을 주었다.

최초의 아미노산 코돈(페닐알라닌을 코드하는 UU)은 니렌버그와 그의 포스트닥 하인리히 마타이(니렌버그와 마타이 실험 참조)에 의해 긴 합성 RNA를 사용하여 해독되었다.그러나 하나 이상의 RNA 염기를 포함하는 유사한 RNA가 만들어질 경우, 염기들의 순서는 무작위였다.예를 들어, C 대 U의 비율이 2:1인 긴 RNA를 만들 수 있으며, 따라서 고주파수의 코돈 CCU, CUC, UCC를 포함할 수 있습니다.리보솜에 의해 번역될 때, 이것은 아미노산 프롤린, 류신, 그리고 세린을 포함하는 단백질을 생산할 것이다; 그러나 어떤 코돈이 어떤 아미노산과 [7]일치하는지 말할 수 없었다.

대신, 니렌버그의 그룹은 매우 짧은 합성 RNA로 눈을 돌렸다.그들은 트리뉴클레오티드 UU(페닐알라닌의 코돈)가 리보솜과 페닐알라닌 충전 tRNA의 특정 연관성을 유발할 수 있다는 것을 발견했다.이 연관성은 니트로셀룰로오스 필터를 통해 혼합물을 전달함으로써 검출될 수 있다. 필터는 리보솜을 포착하지만 자유 tRNA는 아니다. 그러나 tRNA가 리보솜과 관련이 있다면 (tRNA에 부착된 방사성 페닐알라닌과 함께) 리보솜도 포착될 것이다.들이 trinucleotides AAA또는 CCC, 각각 lysine-tRNA 또는 proline-tRNA의 리보솜 협회 것을 발견했다.[8]

실험계획은 명확했습니다64가지 트리뉴클레오티드의 조합을 합성하고 20개의 아미노산이 충전된tRNA를 필터 분석하여 어떤 아미노산이 어떤 트리뉴클레오티드와 관련되어 있는지 확인했습니다그러나 혼합 염기서열(예: GUU)을 가진 순수한 트리뉴클레오티드를 얻는 것은 어려운 도전이었다.레더의 선구적 연구는 긴 무작위 폴리GU RNA를 뉴클레아제로 분해하고 종이 크로마토그래피로 [8][9]특정 트리뉴클레오티드를 [10]정제하여 만든 트리뉴클레오티드를 사용했다.그 후 니렌버그 그룹은 DNA 중합효소 및 RNA 중합효소 조합으로 트리뉴클레오티드를 구축하여 긴 랜덤 폴리GU RNA를 생성함과 동시에 정제된 트리뉴클레오티드를 인공적으로 복제하였다.mRNA의 농도가 충분히 높아지면 중합효소 생성물의 분해와 개량이 효소 과정을 통해 이루어졌다.예를 들어, AGU는 폴리뉴클레오티드 포스포릴라아제(Polynucleotide posporlase)와 함께 AG 및 U로부터 만들어질 수 있으며, UAG는 고농도의 [11]메탄올에서 리보핵산가수분해효소 A와 함께 AG 및 U로부터 만들어질 수 있다.Nirenberg의 박사 후 Merton Bernfield는 이러한 기술을 사용하여 UU와 UUC가 페닐알라닌을, UCU와 UCC가 세린을, CCC와 CCU가 프롤린을, 유전 코드가 아미노산을 [12]중복적으로 인코딩하는 패턴을 강조했습니다.Nirenberg 연구소와 NIH의 많은 다른 연구원들이 유전자 [11]코드를 완전히 해독하는 데 기여했다.

수신 및 레거시

유전자 코드 차트

1966년 콜드 스프링 하버 심포지엄에서 니렌버그와 코라나 사이의 유전 암호는 거의 완전히 해독되었다.니렌버그는 1968년 노벨 생리의학상을 받았다.그는 위스콘신 대학의 Har Gobind Khorana와 Robert W와 함께 상을 받았다.솔크 연구소의 할리입니다독립적으로 일하면서 코라나는 핵산의 합성을 마스터했고 할리는 전달-RNA의 정확한 화학 구조를 발견했다.

뉴욕타임스는 니렌버그의 업적에 대해 "생물학이 새로운 개척지에 도달했다"며 "원자폭탄이나 수소폭탄보다 훨씬 더 큰 잠재적 의의를 지닌 혁명으로 이어졌다"고 평가했다.대부분의 과학계는 이러한 실험을 매우 중요하고 유익하다고 보았다.그러나 분자 유전학의 새로운 시대를 우려하는 사람들도 있었다.예를 들어, 1948년 노벨 화학상 수상자인 Arne Tiselius는 유전자 코드에 대한 지식이 "생명체를 조작하는 방법, 새로운 질병을 만드는 방법, 마음을 통제하는 방법, 심지어 원하는 방향으로 [13]유전되는 방법"으로 이어질 수 있다고 주장했다.

레퍼런스

  1. ^ Russell P. (2010). iGenetics: A Molecular Approach, 3rd edition. Pearson/Benjamin Cummings.
  2. ^ Leavitt, Sarah A. (2004). "Deciphering the Genetic Code: Marshall Nirenberg. The Coding Craze". Stetten Museum, Office of NIH History. Archived from the original on 9 February 2020. Retrieved 2009-10-05.
  3. ^ Yanofsky C. (2007). "Establishing the Triplet Nature of the Genetic Code" (PDF). Cell. 128 (5): 815–818. doi:10.1016/j.cell.2007.02.029. PMID 17350564. Retrieved 2018-01-24.
  4. ^ Crick F.H.C.; Brenner S.; Barnett L. & Watts-Tobin R.J. (1961). "General Nature of the Genetic code for Proteins" (PDF). Nature. 192 (4809): 1227–1232. Bibcode:1961Natur.192.1227C. doi:10.1038/1921227a0. PMID 13882203. S2CID 4276146. Retrieved 2009-10-10.
  5. ^ Matthaei, H.J., Jones, O.W., Martin, R.G., and Nirenberg, M.W. (1962). "Characteristics and Composition of RNA Coding Units". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 48 (4): 666–677. Bibcode:1962PNAS...48..666M. doi:10.1073/pnas.48.4.666. PMC 220831. PMID 14471390.{{cite journal}}: CS1 maint: 여러 이름: 작성자 목록(링크)
  6. ^ Leavitt, Sarah A. (2004). "Deciphering the Genetic Code: Marshall Nirenberg. Scientific Instruments". Stetten Museum, Office of NIH History. Archived from the original on 9 February 2020. Retrieved 2009-10-05.
  7. ^ Judson H. (1996). The Eighth Day of Creation: Makers of the Revolution in Biology. Cold Spring Harbor: Cold Spring Harbor Laboratory Press.
  8. ^ a b Philip Leder & Marshall Nirenberg (1964). "RNA Codewords and Protein Synthesis. The Effect of Trinucleotides upon the Binding of sRNA to Ribosomes". Science. 145 (3639): 1399–1407. doi:10.1126/science.145.3639.1399. PMID 14172630. S2CID 7127820.
  9. ^ Leder P. & Nirenberg M.W. (1964). "RNA Codewords and Protein Synthesis, II. Nucleotide Sequence of a Valine RNA Codeword". PNAS. 52 (2): 420–427. doi:10.1073/pnas.52.2.420. PMC 300293. PMID 14206609.
  10. ^ Leder P. & Nirenberg M.W. (1964). "RNA Codewords and Protein Synthesis, III. On the Nucleotide Sequence of a Cysteine and a Leucine RNA Codeword". PNAS. 52 (6): 1521–1529. Bibcode:1964PNAS...52.1521L. doi:10.1073/pnas.52.6.1521. PMC 300480. PMID 14243527.
  11. ^ a b Nirenberg, Marshall (2004). "Historical review: Deciphering the genetic code – a personal account". Trends in Biochemical Sciences. 29 (1): 46–54. doi:10.1016/j.tibs.2003.11.009. PMID 14729332.
  12. ^ Bernfield M.R. & Nirenberg M.W. (1965). "RNA Codewords and Protein Synthesis. The Nucleotide Sequences of Multiple Codewords for Phenylalanine, Serine, Leucine, and Proline". Science. 147 (3657): 479–484. doi:10.1126/science.147.3657.479. PMID 14237203.
  13. ^ Fee, E. (2000). "Profiles in Science: The Marshall W. Nirenberg Papers. Public Reaction". National Library of Medicine. Archived from the original on 9 April 2020. Retrieved 9 April 2020.

외부 링크

  • 1963년 12월부터 1965년 8월까지 필립 레더의 실험실 노트는 하버드 의대 카운트웨이 도서관 의학사 센터에서 찾을 수 있습니다.디지털 대용품은 하버드 홀리스 카탈로그를 통해서도 구할 수 있다.

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