Les codons synonymes ne sont pas utilisés à égalité
Dix-huit des vingt acides aminés sont codés par plus d'un codon, et chaque organisme utilise ses codons synonymes dans ses propres proportions. La leucine a six codons ; dans les gènes humains, CTG code environ 40 % des leucines, tandis que chez E. coli CTG est aussi fréquent mais CTA est rare. Cette préférence est le biais de codons, et une table d'usage des codons le mesure.
Les colonnes
Une table liste chaque codon avec l'acide aminé qu'il code et deux nombres :
- Fréquence pour mille : le nombre de fois où le codon apparaît parmi 1 000 codons des séquences comptées. Les 64 valeurs totalisent 1 000.
- Fraction : la part de cet acide aminé codée par ce codon. Les fractions d'un acide aminé totalisent 1. Une fraction de 0,05 signale un codon rare.
Certaines tables donnent aussi le compte brut. Les tables d'une espèce sont construites à partir de milliers de ses gènes ; la table d'un seul gène ou d'un plasmide ne décrit que cette séquence.
Pourquoi c'est important
Aux codons rares correspondent des ARNt rares. Un gène plein de codons rares chez l'hôte est traduit lentement, les ribosomes calent et le rendement chute ; les suites de codons rares d'arginine (AGG, AGA, CGA chez E. coli) sont une cause classique de mauvaise expression. L'indice d'adaptation des codons, CAI, résume de 0 à 1 l'accord entre les codons d'un gène et ceux préférés de l'hôte ; les gènes au-dessus d'environ 0,8 s'expriment généralement bien.
Optimisation des codons
Optimiser un gène pour un nouvel hôte consiste à remplacer les codons rares par ceux que l'hôte préfère sans changer la protéine. Une bonne optimisation évite aussi un taux de GC très élevé, les longues répétitions, les sites de restriction indésirables et une forte structure secondaire de l'ARN au début du gène. Sur-optimiser chaque codon vers le seul plus fréquent peut nuire au repliement ; beaucoup d'outils reproduisent plutôt la distribution de l'hôte.
Outils
Usage des codons construit une table à partir des séquences codantes que vous collez. Optimisation des codons réécrit une séquence pour l'hôte choisi, et Traduction inverse retransforme une protéine en ADN avec les codons les plus fréquents.