The genetic code of the fungal CTG clade

Abstract

Genetic code alterations discovered over the last 40 years in bacteria and eukaryotes invalidate the hypothesis that the code is universal and frozen. Mitochondria of various yeast species translate the UGA stop codon as tryptophan (Trp) and leucine (Leu) CUN codons (N = any nucleotide) as threonine (Thr) and fungal CTG clade species reassigned Leu CUG codons to serine and translate them ambiguously in their cytoplasms. This unique sense-to-sense genetic code alteration is mediated by a Ser-tRNA containing a Leu 5'-CAG-3'anticodon (ser-tRNA(CAG)), which is recognized and charged with Ser (~97%) by the seryl-tRNA synthetase (SerRS) and with Leu (~3%) by the leucyl-tRNA synthetase (LeuRS). This unusual tRNA appeared 272 ± 25 million years ago and had a profound impact on the evolution of the CTG clade species. Here, we review the most recent results and concepts arising from the study of this codon reassignment and we highlight how its study is changing our views of the evolution of the genetic code.

Les altérations du code génétique, découvertes durant les 40 dernières années chez les bactéries et les eukaryotes, invalident l’hypothèse selon laquelle le code est universel et gelé. Chez les levures, les mitochondries d’espèces variées traduisent le codon stop UGA en tryptophane (Trp) et les codons leucine (Leu) CUN (N = l’un des 4 nucléotides) en thréonine (Thr). Les espèces fongiques du clade « CTG » ont réassigné le codon Leu CUG en serine et les traduisent sans ambiguïté dans leurs cytoplasmes. Cette altération unique sens-sens du code génétique est due à un Ser-tRNA contenant un anticodon Leu 5’-CAG-3’ (ser-tRNACAG) qui est reconnu et chargé en Ser (∼97 %) par la seryl-tRNA synthétase (SerRS) et en Leu (∼3 %) par le leucyl-tRNA synthétase (LeuRS). Ce tRNA inhabituel est apparu il y a 272 ± 25 millions d’années et a eu un impact profond sur l’évolution des espèces du clade « CTG ». Ici, nos présentons une revue des résultats et concepts les plus récents issus de l’étude de cette réassignation de codon et nous soulignons comment cette étude est en train de changer nos idées sur l’évolution du code génétique.