Частота использования кодонов

Калькулятор показывает, насколько часто ген использует конкретный кодон по сравнению с его синонимами, и помогает понять, предпочитаемый это кодон или избегаемый — например, перед оптимизацией гена для экспрессии.

Как устроен расчёт

Генетический код вырожден: большинство аминокислот кодируются несколькими синонимичными кодонами — двумя, тремя, четырьмя или шестью (у метионина и триптофана по одному). Калькулятор считает три показателя. Доля кодона = n / N_аа × 100 %, где n — сколько раз встретился кодон, N_аа — сколько всего кодонов этой аминокислоты. RSCU (relative synonymous codon usage, Sharp, Tuohy и Mosurski, 1986) = n / (N_аа / k), где k — число синонимичных кодонов. Частота на 1000 = n / N_всего × 1000 — такой формат используют таблицы использования кодонов, например база Kazusa.

RSCU сравнивает фактическое число кодона с ожидаемым при равномерном использовании синонимов. RSCU = 1 — предпочтения нет, больше 1 — кодон предпочитаемый, меньше 1 — избегаемый. Максимально возможное значение равно k. Введите количество кодона, общее количество кодонов аминокислоты, число синонимов (1–6) и длину гена в кодонах.

Пример расчёта

Аминокислота с четырьмя кодонами (например, аланин) встречается в гене 100 раз, из них интересующий кодон — 30 раз. Доля = 30 / 100 = 30 %. Ожидалось бы 100 / 4 = 25 повторов, поэтому RSCU = 30 / 25 = 1,2 — кодон предпочитаемый. Если в гене 1000 кодонов, частота — 30 на 1000. Для сравнения: кодон лейцина (6 синонимов), встреченный 5 раз из 100, даёт RSCU = 5 / (100/6) = 0,3 — явно избегаемый.

На что обратить внимание

• На коротких генах и редких аминокислотах статистика неустойчива: 2 случая из 4 дают RSCU 2,0 у четырёхкодоновой аминокислоты, но это почти ничего не значит.
• Сравнивайте с таблицей кодонов организма-хозяина, а не с одним геном: для экспрессии важно, насколько кодон обычен в клетке, где синтезируется белок.
• Стоп-кодоны тоже образуют группу синонимов (три в стандартном коде), но их обычно анализируют отдельно.
• Для оценки всего гена используют индекс адаптации кодонов (CAI, Sharp и Li, 1987), который строится из значений RSCU.