Bakhållshypotes
Bakhållshypotesen är en hypotes inom området molekylär genetik som antyder att förekomsten av "dolda" eller off-frame stoppkodoner i DNA selektivt avskräcker översättning av mRNA utanför ram för att spara energi, molekylära resurser och för att minska belastningen på biosyntetik maskineri genom att trunkera produktionen av icke-funktionella, potentiellt cytotoxiska proteinprodukter. Typiska kodande DNA-sekvenser saknar in-frame interna stoppkodoner för att undvika för tidig reduktion av proteinprodukter när translation fortskrider normalt. Bakhållshypotesen antyder att kinetiska, cis -verkande mekanismer är ansvariga för den produktiva ramförskjutningen av translationsenheter så att degenerationen av den genetiska koden kan användas för att förhindra skadlig translation. Ribosomal glidning är den mest väl beskrivna mekanismen för translationell ramförskjutning där ribosomen flyttar en kodonposition antingen framåt (+1) eller bakåt (-1) för att översätta mRNA-sekvensen i en annan läsram och därmed producera olika proteinprodukter.
När det gäller kodonanvändning, teoretiserar bakhållshypotesen att det finns en positiv korrelation mellan användningen av ett kodon och mängden ett kodon bidrar till dolda stopp. Fylogenetiska analyser av både de nukleära och mitokondriella genomen i alla större taxonomiska riken tyder på att det finns en förekomst av stoppkodon utanför ram och en positiv korrelation mellan användningsfrekvensen för ett kodon och antalet sätt som ett kodon kan bidra till dolda stoppkodon i olika translationsavläsningar ramar.
Kombinatorik har använts över genetiska koder för att bestämma hur varje kodon i ram kan potentiellt bidra till att stoppa kodon i sammanhang utanför ram. Den genetiska standardkoden innehåller bara 20 kodon som inte kan bli stoppkodon i en ramförskjuten ribosommiljö (-1 ramförskjutning: 42, +1 ramförskjutning: 28) och 127 av de 400 (31,75 %) möjliga intilliggande aminosyrakombinationerna i ryggradsdjurets mitokondrie kod skapar ett stoppkodon utanför ramen. Detta tyder på att substitutioner och synonyma kodonanvändning inte är neutrala och att selektiva tryck kan ha omjusterat kodontilldelningarna för att öka frekvenserna för de som kan användas som dolda stopp.
Observationer att antalet off-frame stoppkodon är positivt korrelerat med expressionsnivån för en gen stödjer bakhållshypotesen genom att öka translationell reglering (dold stoppfrekvens) för att motverka off-frame-läsning i gener som uttrycks på en hög nivå. Den positiva korrelationen indikerar att översättning utanför ram av större gener med högre uttrycksnivåer sannolikt kostar en cell mer energi, resurser och effektivitet än att översätta mindre, mer sällsynta gener i en förskjuten läsram. Off-frame stoppkodonfrekvens är negativt korrelerad med dräktighetstid hos primater och även om det finns många faktorer som kopplar molekylär translationseffektivitet till morfogeneshastigheten, tyder dessa fynd på att inte bara enskilda celler utan hela organismer kan dra nytta av utvecklingen av dolda stopp kodoner för att effektivt stoppa syntes utanför ram.
Bakhållshypotesen utmanas av nya observationer att stoppkodon utanför ram är direkt korrelerade med GC-innehållet i genomet eftersom stoppkodon är GC-fattiga. Morgens et al. 2013 hävdar att tidigare forskning om bakhållshypotesen har förlitat sig på kodonanvändningsdata som är representativa för GC-innehållet i en organism och därför inte är lämpligt för att utvärdera den selektiva effekten av off-frame-stoppkodon.