核苷酸组成与编码序列折叠能的相关性——特别关注摆动碱基

背景：mRNA的二级结构和复杂性影响其对调控分子（蛋白质、微小RNA）的可及性、稳定性及表达水平。RNA序列中的可动元件——摆动碱基——预计会调控包含编码序列的结构形成。结果：通过统计和生物信息学方法，研究了90个包含26,370个密码子的编码序列（CDS）的序列/折叠能（FE）关系。我发现编码序列相关的FE（dG）显著且为负值（407 kcal/1000碱基，均值±标准误），表明这些序列能够形成结构。然而，FE的自由组分很小，不到总量的10%。第一和第三密码子碱基对FE的贡献大于第二（中心）碱基的贡献。通过改变同义密码子中的摆动碱基，可以实现约4倍的FE变化。序列/FE关系可以用一个简单算法描述，总FE可仅根据核酸的序列组成预测。不同同义密码子对FE的贡献是可加的，且一个密码子不能被另一个替代。一个氨基酸的同义密码子对mRNA总折叠能的累积贡献，与该氨基酸在翻译蛋白质中的相对含量强相关。结论：同义密码子在决定mRNA FE和翻译蛋白质中氨基酸相对含量方面的作用不可互换，即使它们在氨基酸编码方面无法区分。