Кіріспе
Молекулалық биологияда оқу фреймдері бастапқы және аяқтау кодондары арасындағы ДНК тізбегінің бөлігі ретінде анықталады. Әдетте, бұл прокариоттық ДНК тізбектерінің зерттелген аймағында қарастырылады, онда алты мүмкін оқу фреймінің біреуі ғана «ашық» болады («оқу», дегенмен, ДНК транскрипциясы және оның рибосомамен трансляциядағы өзара әрекеттесуі арқылы өндірілген РНК-ны білдіреді). Мұндай ORF басталуы мүмкін аударма қайдан басталатынын көрсететін бастапқы кодонды (қажетті емес, бірінші кодонды емес) көрсетеді. Транскрипцияның аяқталу орны ORF-тан кейін, трансляциялық тоқтату кодонынан тыс орналасқан. Егер транскрипция тоқтату кодонына жетпей тоқтаса, трансляция кезінде толық емес ақуыз түзіледі. Көп экзонды эукариоттық гендерде интрондар алынып тасталады, ал экзондар транскрипциядан кейін біріктіріліп, ақуыз аудармасы үшін соңғы мРНК-ны құрайды. Гендерді табу контекстінде ORF-тың бастапқы-аяқтау анықтамасы тек жұпталған мРНК-ға ғана қолданылады, геномдық ДНК-ға емес, себебі интрондарда тоқтату кодондары болуы мүмкін және/немесе оқу фреймдерінде ығысуларға әкелуі мүмкін. Басқаша анықтама бойынша, ORF – ұзындығы үшке бөлінетін және тоқтату кодондарымен шектелген тізбек. Бұл жалпылама анықтама транскриптомика және метагеномика контекстінде пайдалы болуы мүмкін, онда алынған тізбектерде бастапқы немесе аяқтау кодоны болмауы мүмкін. Мұндай ORF толық генге емес, геннің бөліктеріне сәйкес келеді.
In molecular biology, reading frames are defined as spans of DNA sequence between the start and stop codons. Usually, this is considered within a studied region of a prokaryotic DNA sequence, where only one of the six possible reading frames will be "open" (the "reading", however, refers to the RNA produced by transcription of the DNA and its subsequent interaction with the ribosome in translation). Such an ORF may That start codon (not necessarily the first) indicates where translation may start. The transcription termination site is located after the ORF, beyond the translation stop codon. If transcription were to cease before the stop codon, an incomplete protein would be made during translation. In eukaryotic genes with multiple exons, introns are removed and exons are then joined together after transcription to yield the final mRNA for protein translation. In the context of gene finding, the start stop definition of an ORF therefore only applies to spliced mRNAs, not genomic DNA, since introns may contain stop codons and/or cause shifts between reading frames. An alternative definition says that an ORF is a sequence that has a length divisible by three and is bounded by stop codons. This more general definition can be useful in the context of transcriptomics and metagenomics, where a start or stop codon may not be present in the obtained sequences. Such an ORF corresponds to parts of a gene rather than the complete gene.
Биологиялық маңызы
Ашық оқу фреймдерінің (ORF) жиі қолданылатын мақсаты – гендік болжамға көмектесетін дәлелдердің бірі болып табылады. Ұзын ORF-тар, көбінесе басқа дәлелдермен бірге, ДНК тізбегіндегі кандидат ақуызды кодтайтын немесе функционалдық РНК кодтайтын аймақтарды бастапқыда анықтау үшін қолданылады, олар 100-ден 150 кодонға дейін жетеді. Тіпті ұзын ашық оқу фреймі өзі геннің бар екенін нақтылай алмайды. 100 кодоннан кем ұзындығы бар және протеинді кодтайтын гендердің классикалық белгілері жоқ (ncRNA-лар мен mRNA-лар) функционалдық пептидтерді өндіре алады. Сүтқоректілердің mRNA-ларының шамамен 50% 5’ UTR-інде бір немесе бірнеше sORF бар екені белгілі, олар жоғары орналасқан ORF немесе uORF деп те аталады. Дегенмен, ескі зерттеуде омыртқалы жануарлардың mRNA-ларының 10%-дан азында ірі ORF алдында AUG кодондары табылған. Қызығы, uORF-тар протоонкогендер мен байланысты ақуыздардың үштен екісінде кездеседі. Адам және егежкінің геномдарында sORF-тардың эксперименттік жолмен анықталған 64-75% трансляция басталу орындары сақталған, бұл осы элементтердің функциялық екенін көрсетеді. Алайда, sORF-тар көбінесе mRNA-ның аз тараған формаларында ғана кездеседі және таңдаудан қалыс қалады; басталу орындарының жоғары сақталуы тиісті гендердің промоторларындағы орналасуымен байланысты болуы мүмкін. Мысалы, бұл SLAMF1 геніне тән.
Алты кадрлы аударма
ДНҚ үш нуклеотидтен (кодоннан) тұратын топтарда оқылатындықтан, ДНҚ тізбегінде үш түрлі оқу фреймі болады. ДНҚ молекуласының қос спиралінде екі антипараллель тізбек бар; екі тізбектің әрқайсысында үш оқу фреймі болғандықтан, алты түрлі аударма мүмкіндігі бар. Бұл – пайдаланушының тізбегінде немесе дерекқордағы тізбектегі белгілі бір ең кішкентай мөлшердегі барлық ашық оқу фреймдерін табатын графикалық талдау құралы. Бұл құрал стандартты немесе баламалы генетикалық кодтарды қолдана отырып, барлық ашық оқу фреймдерін анықтайды. Алынған аминқышқылдық тізбекті әртүрлі форматта сақтап, негізгі жергілікті үйлесімділікті іздеу құралы (BLAST) серверін пайдаланып, тізбек дерекқорымен салыстыруға болады. ORF Finder толық және дұрыс тізбектерді дайындауға көмектеседі. Бұл құрал Sequin тізбек тапсыру бағдарламасымен (тізбек талдаушысы) бірге келеді.
Тергеуші
ORF Investigator – кодтаушы және кодтаушы емес тізбектер туралы ақпаратты ғана емес, сонымен қатар әртүрлі ген/ДНК аймақтары тізбектерінің жұптық жаһандық сәйкестендіруін жүзеге асыра алатын бағдарлама. Бұл құрал сәйкес аминқышқылдық тізбектер үшін ORF-тарды тиімді түрде тауып, оларды бір әріптік аминқышқылдық кодқа түрлендіреді және тізбектегі олардың орналасқан жерін көрсетеді. Тізбектер арасындағы жұптық жаһандық сәйкестендіру әртүрлі мутацияларды, оның ішінде жалғыз нуклеотидтік полиморфизмді анықтауды жеңілдетеді. Гендерді сәйкестендіру үшін Нидлмен-Вунш алгоритмі қолданылады. ORF Investigator портативті Perl бағдарламалау тілінде жазылған, сондықтан ол барлық кең таралған операциялық жүйелердің қолданушыларына қолжетімді.
Болжам жасаушы
OrfPredictor – экспрессияланған тізбектік тегтерден (EST) алынған тізбектердегі ақуызды кодтау аймақтарын анықтауға арналған веб-сервер. Сұраныс тізбектері BLASTX-те сәйкес келетін нәтиже берсе, бағдарлама BLASTX сәйкестендірілімдерінде анықталған аударма оқу фреймдеріне сүйене отырып кодтау аймақтарын болжайды. Әйтпесе, сұраныс тізбектерінің ішкі сигналдарына негізделген ең мүмкін кодтау аймағын болжайды. Нәтиже – FASTA форматындағы болжамды пептидтік тізбектер және сұраныс идентификаторын, аударма оқу фреймін, сондай-ақ кодтау аймағының басталатын және аяқталатын нуклеотидтік орналасуын қамтитын анықтама жолы. OrfPredictor EST-тен алынған тізбектерді түсіндіруді жеңілдетеді, әсіресе ірі масштабты EST жобалары үшін. ORF Predictor жоғарыда аталған екі түрлі ORF анықтамасын қолданады. Ол бастау кодонымен басталып, тоқтату кодонымен аяқталады. Қосымша өлшем ретінде, ол 5' трансляцияланбаған аймақта (UTR немесе NTR, трансляцияланбаған аймақ) тоқтату кодонын іздейді.
ОРФик
ORFik – бұл BioConductor-дегі R пакеті, ашық оқу фреймдерін табуға және ORF-терді негіздеу үшін жаңа буын тізбектеу технологияларын пайдалануға арналған.
қышқыл
orfipy – Python / Cython тілінде жазылған, ORF-терді өте жылдам, икемді және тиімді түрде табуға арналған құрал. orfipy қарапайым немесе gzipped FASTA және FASTQ тізбектерімен жұмыс істей алады және ORF іздеуді нақтырақ реттеуге мүмкіндік беретін бірнеше опцияны ұсынады: басталу және тоқтату кодондарын көрсету, жартылай ORF-терді анықтау және қолданушыға арналған аударма тізімдарын пайдалану. Нәтижелерді кеңістікті үнемді пайдаланатын BED форматы сияқты әртүрлі форматтарда сақтауға болады. orfipy әсіресе көптеген кіші FASTA тізбектері бар деректер үшін, мысалы, de novo транскриптомдық жинақтар үшін ерекше жылдам жұмыс істейді.