なぜセントラルドグマ:大きな生物学的排除原理の性質について

査読者1:Itai Yanai,The Technion,Haifa,Israel

この短い原稿では、Kooninは、セントラルドグマの最も重要な側面は、逆翻訳を禁止することであると主張している。 Kooninは以前にこのジャーナルで、RNAの世界からタンパク質系と結合した核酸系への進化の問題について書いており、人類原理を一つの解決策として提供, ここで彼は、移行はデジタル情報システムからアナログシステムへの移行であったと指摘する。 この移行は、時間の経過とともにより良いフィットネスにつながる変化の広い範囲の恩恵を受けましたが、情報の双方向の流れを広く防止するコストも伴っていました。 この歴史的な妥協は今や地球上の生物学の中心的な側面であり、Kooninはこの理由から中央の教義は確かに中央とみなされるべきであると主張する。 私はこの部分を興味深く、強制的に見つける;それが提案されればすべてのよい考えの認刻極印であるのでだけ明らかにようである。, 特に、Kooninが分子生物学者によって開発された概念を取り、それを進化的な文脈でフレーム化するのを見ることができてとてもうれしいです。 それは、他の中心的な生物学的概念がそのような再フレーミングから利益を得ると考えるように私に促す。

著者の反応:これらの思慮深い、建設的なコメントは大歓迎です。

Reviewer2:Martin Lercher,University of Duesseldorf

分子生物学の”中心的な教義”は、タンパク質のアミノ酸配列を核酸配列に変換することが不可能であると仮定している。, (Nota bene:私は科学の文脈で”教義”を書かなければならないと思っていますが、誤った名称は立ち往生しています。)彼の論文では、Eugene Kooninは、逆翻訳の排除は、タンパク質の”アナログ”3次元構造が線形アミノ酸配列に戻すことができないという事実によるものであると説得力を持って主張している。 このように、”ディジタル”(=スケーリン)の情報は失われたタンパク質折りたたみおよび復旧することはできません。 振り返ってみると、この問題が以前はもっと注目されていなかったことは驚くべきことです–元の思考の特徴。,

著者の回答:これは論文の要点を要約する優れた方法であり、私は本当に感謝しています。

私は二つだけのコメントを持っています。,(1)固定された分子アルファベットの線形配列=一次構造(Kooninによって”デジタル情報”と呼ばれる)→(2)特定の分子間のペアリング=二次構造→(3)3次元構造への折りたたみ=三次構造(Kooninによって”アナログ情報”と呼ばれる)細胞機械はRNAのための3次元構造(“アナログ情報”)を対応する線形配列(“デジタル情報”と呼ばれる)に変換することができるが、アミノ酸の場合も同じではない。, それがなぜであるかを熟考するのは興味深いでしょう–それはアミノ酸間の分子相互作用がより強いオーダーであるためですか、それともこれらの相互作用が必ずしもペアワイズではないためですか? 逆転写が可能であるのに逆転写が可能でない理由を完全に理解するためには、基本的なことをよりよく理解することが重要です(?)RNA三次構造とタンパク質三次構造の違い。

著者の応答:これは確かに部分的に記事で対処されている根本的に重要な問題です。, 特に、”タンパク質の天然の立体配座が破壊されると、結果は拡張された一次元の文字列ではなく、誤った折り畳まれた小球である”と述べられている。”三次元でのタンパク質の折りたたみは、主に局所的な相互作用ではなく、遠くに基づいているため、これは主にそうです。 RNAフォールディングでは、局所相互作用(ヘアピン)がはるかに大きな役割を果たす。 したがって、逆転写された後、RNAは容易にネイティブ情報に折り畳まれるので、タンパク質の状況とは対照的に、ミスフォールドされた分子の蓄積によって引き起こされる問題を回避することができる。, さらに、おそらくさらに重要なことに、RNAフォールディングは、主に、RNA合成と塩基間の非常に同じ相補的相互作用に基づく。 したがって、”クリックデーモン”、すなわち逆転写酵素は、比較的簡単な装置である。 逆翻訳のための仮説的な機械である”Anfinsen Demon”は、比較にならないほど複雑でなければならないでしょう。 したがって、”アンフィンセンの悪魔”が存在できなかった熱力学的理由はないようですが、生物学的理由は説得力があるようです。

第二に、”デジタル”と”アナログ”の情報の用語がやや混乱していることがわかりました。, 線形アミノ酸配列(”デジタル”情報)はまだ三次構造に存在し、マクスウェルのような悪魔はこの配列に沿って歩いてそれを報告することができる(これは本質的に逆転写酵素がRNAの場合に行うことである)。 原則として、構造の異なる層間の遷移において、情報(コドンの使用を除く)は失われない。 これは、例えば、とは対照的である,、音楽の符号化:デジタル信号は、アナログ信号への変換で取消不能に失われ、アナログとデジタル間の変換を繰り返すと、両方の信号の偏差が増加する。 したがって、デジタル/アナログの並置は、正確な記述よりも類推であり、それを指摘することは可読性を高めるであろう。

著者の反応:私は同意しなければならない、ここでのデジタル対アナログの反対は、正確な説明よりも類推の多くです。 確かに、”アンフィンセンの悪魔”は、原則として熱力学によって禁止されていない存在する可能性があります。, しかし、上記で指摘したように、それが進化しなかった主な生物学的理由があります:i)そのような悪魔の行動は、悪魔の群れ全体が再折り畳みに捧げられていない限り、誤って折り畳まれたタンパク質を残して、細胞に大混乱をもたらすでしょう。ii)悪魔は、少なくとも翻訳システムと同じくらい複雑でなければならないでしょう。 私は、Biology Directでは、レビューと回答が記事の不可欠な部分であることを考えると、これらのコメントは読みやすさを明確にし、高めるのに役立つと信じてい,

私は熱力学的法則がどのように排他原理であるかはわかりません–それらは大集団の行動の近似です。

著者の応答:ここで私は丁重に同意しなければなりません。 間違いなく、熱力学の法則は大きな集団の行動の近似ですが、それはそれらが排他原理であることを妨げるものではありません。 確かに、彼らは第一の種類(第一の法則)と第二の種類(第二の法則)の永久運動機械の存在を明示的に禁じています。,

レビュアー3:Frank Eisenhaber(With Birgit Eisenhaber),Singapore Institute of Bioinformatics

このレビューは、Birgit EisenhaberとFrank Eisenhaberの共同の努力の結果です。 分子生物学の中心的な教義についての提案されたMSは、教科書における問題の独断的な提示の歓迎された再考察を提供する。 それはテキストを読むことは喜びだったし、それは私たちの間の議論のピンポンを巻き起こしました。, まず、排除と保全の基本的な物理法則を持つ中央教義を一列に並べ、生物学的レベルではなく物理的で正当化を探すことをお勧めします。 デジタルアナログ変換コンテキストで問題を見ての第二のアイデアは、完全に変性タンパク質鎖からの読み出しのための暗黙の必要性とさらに, 私たちは、タンパク質から核酸への帰り道も、多くの可能な帰り道の曖昧さを解消する非一意性(Nichteindeutigkeit)の問題によってブロックされているという追加の考えを強調したいと思います。 まず、一つのAAはいくつかのコドンによって表される。 それらは翻訳値に違いはないかもしれないが、転写と翻訳の両方で発現の忠実度に影響を与える。 細胞は、観察されたすべての変化(適切な発現フレームワークへの包含を含む)を反映して、相対的な発現を測定する方法、または遺伝子を増幅する方法を学, さらに、同じ細胞内の同じタンパク質の同じ部位にいくつかのアイソフォームおよび突然変異が存在する可能性がある。 より頻繁な変異体を見つけることによって、このあいまいさを解決する方法は? 第三に、タンパク質は、配列自体を変更する人を含む、その寿命において多くのPTMsを経験する。 最新の、元の遺伝子への接続は、タンパク質分解成熟およびAAアイデンティティ変化化学のレベルで失われます。

著者の反応:この建設的で興味深いレビューは大歓迎です。

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