Essential P246-247 和訳

1960年代の初め、遺伝子からたんぱく質へ情報が渡されるというセントラルドグマが受け入れられた。遺伝子がたんぱく質を翻訳し、遺伝子がDNAを作り、mRNAが核からDNAに格納されているサイトプラズムというたんぱく質の転写が行われている場所へと情報を運ぶ役割を果たしていている、ということは明らかであった。

もし、遺伝子の一般的なコードが出たならば、発見されている20種類のアミノ酸はmRNA分子内にあるトリプレットコドンによって発言していただろう。しかし、生物学者や化学者、さらには物理学者までもが遺伝子解析へさらなる意欲を見せたのだ。ありうる64通りのたんぱく質から探し出すために。一番簡単な解決は、DNAやmRNAのかけらの配列をポリペプチドの生成物と比べることである。核酸の配列の技術は1960年代後半まで考案されなかった。

それゆえ、研究者たちは遺伝暗号を解き、それらの簡単なメッセージを合成することを決めた。もし、彼らがこれらの分子をポリペプチドを直接合成することにしか使わなかったら、彼らはまだトリプレットがアミノ酸を翻訳している途中であろう。

-細胞を失う
研究者がmRNAを合成する準備を始める前に、彼らは細胞なしのたんぱく質合成システムを望んでいた。これは、彼らのメッセージをポリペプチドのテスト管に入れるのを可能にする。(一般的に、工場で派足りていれば、より簡単なシステムは結果をきれいにする)分子を細胞なしに伝達するシステムを彼らが機械的に望んでしまったら、研究者はE.coli細胞を開け、遠心分離機に入れていたであろう。これらを高速で回転させると、大きなものは底に沈み、小さなものはmRNA、tRNA、リボボーム、酵素や、他の小さなたんぱく質と合成しようとする。研究者達は、細胞の「スープ」に放射能を浴びせたアミノ酸をいれることで、放射能を浴びたたんぱく質の生成を誘発することを見つけた。高速でやれば、生成したたんぱく質は全てチューブの底に沈み、ラベルされたポリペプチドは放射能化されたたんぱく質により探し出され、チューブの上の方へと移動する。

この特別なシステムでの問題点は、mRNA分子によって翻訳されたたんぱく質が抽出されることだ。しかし、化学者たちは自らの合成の意味を、そのままたんぱく質の合成へと伝えた。このたんぱく質はマーシャルニレンバーグがリボヌクレオス酵素に加えられたmRNA分子を崩した時に解決された。彼は、たんぱく質に直接メッセージを入れるのではなくて、mRNAを合成して細胞なしのシステムに組み込み、出てくるペプチドを見ることが必要と気づいた。

定義された配列からポリヌクレオチドをつくるのは予想以上に大変だった。核酸を合成する技術を確立するまでに、化学者は再び数年の時間を要した。ニレンバーグは空のテンプレートと共にあるリボヌクレオチドにくっつくポリヌクレタイドリン酸基を使うことを決めた。生成物のRNAの配列は、全て酵素に現れるヌクレオタイドによって決定する。ヌクレオタイドの混合物は完全にランダムに配列に組み込まれる。しかし、単体のヌクレオタイドは静的なポリマー鎖を、ひとつの負クレオタイドにもたらす。それゆえ、ニレンバーグは協力者であるハインリッチとトンに、完全にウラシルで出来た初めてのmRNAを作った。

いっしょに、研究者たちはこのUポリマーを彼らの細胞なしのシステムに組み込んだ。かれらは、放射能を浴びたアミノ酸を混ぜた。おのおののアミノ酸をテストした後、20の違った実験の中で、彼らはウラシルがペプチド結合のフェニルアラニンを含んだペプチドの合成だけに働いてると決定した。よって、UUUは唯一のトリプルコドンで彼らはフェニルアラニンを作ると理由付けた。遺伝子の初めの言葉は解読されたのだ。

ニレンバーグとマッセイはAとCの実験を繰り返し、AAAはリシン、CCCはプロリンと決めた。Gの意味はこの方法ではたしかめられなかった。なぜなら、このポリヌクレオタイドは古い3重鎖で出来ていて、細胞なしのシステムのテンプレートにはあてはまっていなかったからだ。

リボソームでmRNAの合成を進めると、実り多い技術がみられた。しかし、単体のヌクレオタイドの可能性はなくなり、研究者は3つのコドンを下げ、61で試した。他のコドンの組み合わせでは、しかしながら、構築するのは難しかった。新しい合成へのアプローチが必要だった。1950年代、生物学者のゴバインドコラナは定義されたポリペプチドを混ぜる準備のための方法を作った。しかし、彼の技術はただDNAにしか使えなかった。かれがニレンバーグの合成にかんする実験を学んでいるとき、コラナはRNAを作ることを最優先とした。かれは定義された配列のDNAを作れそうだった。そしてかれはRNAポリメラーゼを使ってRNAを作ることに成功した。この方法で、コロナは定義された繰り返しの配列の違った種類のmRNAを集める準備を進めた。かれはジヌクレオタイドとテトラヌクレオタイドを作った。

これらのポリヌクレオタイドは、しかしながら、ニレンバーグが使っていたモノヌクレオタイドのメッセージを読むのをさらに大変にするという結果をもたらした。ポリUGを例にする。この繰り返しのジヌクレオタイドが翻訳システムに追加されたら、研究者はそれをポリペプチドに訳して、システインとバリンに代える。このRNAはもちろん二つの異なったコドンUGUとGUGを含む。よって、研究者はUGUとGUGコードをシトシンとバリンということが出来た。しかし、どっちがどっちかは決めることができなかった。この2つの情報はとても有用だった。しかし、やはりどっちのコドンがどっちのアミノ酸なのかは特定できなかった。

この最後の問いは、ニレンバーグとかれの若い助手のフィリが、RNAフラグメントがたった3つのヌクレオタオドであり、大きさはひとつのコドンと同じで、リボソームに結合可能で、tRNA分子に近づきたんぱく質を機械的に作るということを発見したときに解決した。この複雑な関係は、リボソームをただ一つ、mRNAコドンをひとつ、アミニアシルーtRNAを一つ含んでいて、フィルターの紙のかけらに捉えられ、特定のアミノ酸にくっついてしまう。

かれらのUUUの初めの言葉に対する試みは広がっていった。レダーとニレンバーグはUUUのきれはしをつかって細胞なしの翻訳システムを作ることに誇りを持っていた。これらのトリヌクレオタイドはリボロームにつながって、Phe-tRNAはUUUにつながる。この新しいシステムは構築され稼動している。そして、研究者達はUUUがフェニルアラニンということに気づいた。

 残っている全てのことは、全ての64のコドンを作ること。これは、ニレンバーグとコラナの作業場で速やかに完成された。つまり、これらの小さなトリヌクレオタイドは化学的に合成するよりもはるかにシンプルで、トリプレットトラッピングテストはそれまでのものを解読するよりもはるかに簡単で、研究者は全ての遺伝子情報を数年のうちに解読するであろう。

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