アミノ酸置換とは？

突然変異は、遺伝を含むいくつかのレベルで発生する可能性がありますが、タンパク質合成中にアミノ酸置換の形をとることもあります。

アミノ酸置換は有害、中性、または有益であり、進化に大きな影響を与える可能性があります。

たとえば、SARS-CoV-2（重症急性呼吸器症候群コロナウイルス2型、新型コロナウイルス）の進化において、いくつかのアミノ酸置換が確認されています。

新しい対立遺伝子を生じさせる突然変異は、進化の基本的な部分です。

これらの変異は、遺伝暗号を直接変更するなどして、いくつかのレベルで発生する可能性があり、アミノ酸レベルで連鎖反応を引き起こす可能性があります。

アミノ酸と進化に関する以前の理論の1つは、まだ機能している変異タンパク質が進化を可能にするのが一般的であるというものでした。

これまでのところ、研究による証拠が、タンパク質がアミノ酸置換に対して非常に耐性があることを示唆しています。

中性アミノ酸の置換は、新しいアミノ酸がタンパク質またはその機能を大幅に変更しない場合に発生します。

有害なアミノ酸置換はタンパク質を機能不全にする可能性が高く、一方、有益なアミノ酸置換が選択される可能性があります。

アミノ酸置換に関する多くは不明であり、よく理解されていません。

発生する可能性のある多種多様な変異は、その影響を予測することが困難になる可能性があることを意味しますが、多くの数学的手法で対処しようとしました。

同様に、アミノ酸置換が生物の生存に有益であるかどうかも議論されています。

有害な置換は破滅的となる可能性がありますが、突然変異の結果として発生する豊富な遺伝的変異は、急速に変化する環境下で生物を助けることができます。

アミノ酸の置換と変異の確率を定量化しようとする研究は、特定のパターンが有害な変化につながる可能性が高いことを発見しました。

特に、アデニン塩基とチミン塩基の間での置換の減少は、有害な影響が少ないことと関連しています。

これは、コドンの2番目の位置にある場合の両方の塩基の性質による可能性があります。

この位置にあるチミンは疎水性アミノ酸と関連していますが、この位置のアデニンは親水性アミノ酸に関連付けられています。

これとは反対に、シトシンとチミンの間での置換は、アミノ酸置換での損失が少ないことと関連しています。

これはまた、シトシンからチミンへの置換が発生する可能性のある、最も一般的な突然変異の1つであることを考えると興味深いものです。

タンパク質サブユニットの構造も、アミノ酸置換に対する感受性で役割を果たす可能性があります。

たとえば、3-メチルアデニンDNAグリコシラーゼ（AAG）に関する研究では、β鎖の残基は一般的に、αヘリックスよりもアミノ酸置換に対する耐性が低いことがわかっています。

これは、タンパク質の3D構造が原因である可能性があります。

AAGでは、βシートの溶媒が少なくなるため、表面の残留物が少なくなります。

表面の残留物は、置換の耐容性を高くする傾向があります。

COVID-19の原因となるウイルス『SARS-CoV-2』のアミノ酸置換を理解することは、その進化の追跡と将来の変異の予測の両方に役立ちます。

SARS-CoV-2のアミノ酸配列は、特に1abポリタンパク質およびSタンパク質領域において、他のコロナウイルスとは異なります。

Sタンパク質は、アミノ酸の置換にもかかわらず、ウイルスが細胞に侵入することに関連しています。

SARS-CoVとSARS-CoV-2の比較研究により、これら2つと、その受容体結合ドメイン残基の間に、5つのアミノ酸置換があることがわかりました。

これらのうちの3つには、ウイルスのアミノ酸配列内の他の10個のアミノ酸置換部位に、陽性を選択する兆候が見られました。

受容体結合ドメイン残基の置換は、酵素に対してより高い結合親和性を持つSARS-CoV-2とともに、ACE2（アンジオテンシン変換酵素II）への結合親和性に影響を与えたようです。

ACE2は、COVID-19の病因と死亡率に関連しています。

これとは反対に、COVID-19のNタンパク質には、SARS-CoVとほぼ90％の配列類似性があります。

これにより研究者たちは、SARS-CoVのNタンパク質抗体がCOVID-19と交差反応する可能性があると推測しましたが、両方の疾患に対する免疫はつかない可能性があります。

SARS-CoV-2の進化的起源に関して、アミノ酸配列は時々混乱を起こします。

SARS-CoV-2とPangolin-CoVは、同一の機能性アミノ酸残基を持っています。

このため、SARS-CoV-2は当初、Pangolin-CoVに由来すると考えられていました。

しかし、最近の研究による証拠では、SARS-CoV-2がその近縁のコウモリウイルスRaTG13と最も密接に関連しており、SARS-CoV-2からの分岐後に受容体結合ドメイン残基が変化したことを示唆しています。

【以下のリンクより引用】

What is Amino Acid Replacement?

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