МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ, 2009, том 43, № 6, с. 1025-1031
== ГЕНОМИКА. ТРАНСКРИПТОМИКА. ПРОТЕОМИКА =
УДК 575.852
ЭВОЛЮЦИОННАЯ ИСТОРИЯ SSX-СЕМЕЙСТВА ОНКОАНТИГЕНОВ ЧЕЛОВЕКА
© 2009 г. Е. Н. Шустрова1, И. И. Артамонова2' 3*
1Факулътет биоинженерии и биоинформатики Московского государственного университета
им. М.В. Ломоносова, Москва, 119992 2Институт общей генетики им. НИ. Вавилова Российской академии наук, Москва, 119991 3Институт проблем передачи информации им. А.А. Харкевича Российской академии наук, Москва, 127994
Поступила в редакцию и принята к печати 25.02.2009 г. Представлена к публикации М.С. Гельфандом
Онкоантигены (C/T-антигены) - это эндогенные белки организма, которые синтезируются при нормальном развитии клеток зародышевого пути и плаценты, а также при развитии некоторых раковых опухолей. Они могут быть использованы в качестве мишеней при разработке противоопухолевой терапии. Семейство SSX - одно из семейств онкоантигенов. Мы исследовали эволюцию генов этого семейства с использованием методов сравнительной геномики. Локус семейства в геноме человека состоит из 11 генов, расположенных на Х-хромосоме в двух отдельных регионах на расстоянии 4 млн. п. н. друг от друга. Анализ данных по экспрессии этих генов свидетельствует о том, что два из них являются псевдогенами. Сравнение локусов семейства SSX в геномах человека, шимпанзе и мыши позволило описать общую филогению семейства и восстановить эволюционную историю всего локуса в терминах элементарных геномных перестроек.
Ключевые слова: онкоантигены, C/T-антигены, генное семейство, эволюция, сравнительная гено-мика, хромосомные перестройки.
EVOLUTIONARY HISTORY OF THE SSX FAMILY OF HUMAN C/T-ANTIGENS by E. N. Shustrova1, 1.1. Artamonova2, 3* ^Department of Bioengineering and Bioinformatics, Moscow State University, Moscow, 119992 Russia; 2Vavilov Institute of General Genetics, Russian Academy of Science, Moscow, 119991 Russia; 3Kharkevich Institute for Information Transmission Problems, Russian Academy of Science, Moscow, 127994 Russia, *e-mail: irenart@gmail.com). C/T-antigens are endogenous proteins expressed in normal testis, ovary and placenta, or in a variety of tumors. Such expression pattern sets the C/T antigens as promising targets for cancer vaccines. The SSX family comprises several C/T antigens. Here we applied comparative genomics techniques to study the evolution of the SSX genes. The human genomic locus includes 11 genes localized on the X chromosome in two separate regions 4 Mb apart. The recent pseudogenization of two SSX genes was demonstrated using the available expression data. The comparative analysis of the human, chimpanzee and mouse genomic loci allowed us to describe the phylogeny of the family and to reconstruct the evolutionary history of the locus in terms of elementary events.
Key words: C/T-antigens, gene family, gene and genome evolution, comparative genomics, chromosome translocations.
Онкоантигены, или C/T-антигены (Cancer/Testis-antigens), вызывают иммунный ответ в злокачественных опухолях, будучи при этом эндогенными белками организма [1]. В норме соответствующие гены экспрессируются только в клетках зародышевого пути и в плаценте, и их продукты могут быть использованы в качестве маркеров при разработке противоопухолевой терапии.
Одним из представителей семейств онкоантигенов является семейство SSX (Synovial Sarcoma X
*
Эл. почта: irenart@gmail.com
breakpoint). Гены этих белков экспрессируются при синовиальной саркоме [2, 3]. До сих пор неизвестна их роль в развитии данной опухоли. Позднее, экспрессия генов этого семейства была показана также в клетках злокачественных опухолей других типов, а именно, при множественных миеломах [4, 5], фиброзных гистиоцитомах [6], гепатоклеточных карциномах [7], внутрипеченочных холангиокарциономах [8], меланомах [9-11], лимфомах [10], нейробласто-мах [12], менингиомах и других опухолях головного мозга [13], а также при гемобластозах [14], раке яичников [10, 15, 16], костей и мягких тканей [17], эндо-
метрия и шейки матки [16], раке головы и шеи, кишечника и молочной железы [10]. Это определяет интерес исследователей к указанному семейству генов.
Первым представителем семейства SSX стал ген SSX2, идентифицированный как один их двух генов, которые участвуют в хромосомной перестройке t(X;18)(p11.2;q11.2), сопровождающей в 70% случаев развитие синовиальной саркомы [18]. Его партнер на хромосоме 18 - ген SYT, который кодирует активатор транскрипции. Вместе они образуют гибридный белок SYT-SSX2. Далее, при изучении хромосомных транслокаций обнаружили ген SSX1, который вместе с тем же партнером образует гибридный белок SYT-SSX1 [19]. Последовательности остальных представителей семейства -генов SSX3, SSX4, SSX5, SSX6, SSX7, SSX8 и SSX9 -были определены или при секвенировании библиотек генов, или в результате поиска по базам данных генной экспрессии [11, 20-22]. Как оказалось, ген SSX4 также вовлечен в хромосомную перестройку t(X;18)(p11.2;q11.2) [23]. Помимо этих девяти генов, найдено десять псевдогенов семейства. Все они, за исключением псевдогена WSSX10, расположены на хромосоме X [21].
Согласно экспрессионному анализу генов семейства SSX, гены белков SSX1, SSX2, SSX3, SSX4, SSX5 и SSX7 в норме экспрессируются только в тканях семенников. В тканях же почек, легких, кишечника, печени, матки, мозга, поджелудочной железы экспрессии не обнаружено. В клеточных линиях экспрессируются гены белков SSX1, SSX2, SSX4, SSX5, SSX6 и SSX7; экспрессии же генов SSX8 и SSX9 не обнаружено ни в одной из исследуемых тканей или клеточных линий [10, 11, 21, 24].
Наиболее вероятная функция белковых продуктов генов этого семейства - репрессия транскрипции [24]; она связана с наличием в этих генах двух функциональных доменов - KRAB и SSXRD [25-28].
В данной работе мы исследовали эволюцию семейства онкоантигенов SSX, определив экзон-ин-тронную структуру генов человека и сравнив локу-сы семейства SSX в геномах человека, шимпанзе, орангутана, макаки и мыши. В результате, мы описали общую филогению семейства и восстановили эволюционную историю каждого гена в отдельности и всего хромосомного локуса в терминах элементарных геномных перестроек.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Нуклеотидные последовательности генов и аминокислотные последовательности их продуктов, а также последовательности соответствующих мРНК и EST (Expressed Sequence Tags) анализировали, используя сервис UCSC Genome Browser, доступный на сайте http://genome.ucsc.edu [29]. Поиск по базам данных, доступных через этот сервис, а также первичные выравнивания найденных последовательностей
производили с помощью программы BLAT на том же сервере [30]. Для поиска далеких гомологов использовали программу blastp пакета программ BLAST (www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/) [31]. Множественные выравнивания последовательностей осуществляли с помощью программ CLUSTAL W [32] и T-COFFEE [33]. Филогенетические деревья строили, применяя программу MEGA4 [34].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Экзон-интронная структура генов семейства SSX в геноме человека
Семейство SSX в геноме человека состоит из 11 генов, расположенных на Х-хромосоме. В него включают также 10 псевдогенов, однако в этой работе мы сосредоточили свое внимание на потенциально функциональных генах. Все гены семейства имеют сходную экзон-интронную структуру, схематически представленную на рис. 1. Отмечены лишь незначительная вариабельность, например, в стартовых экзонах. Кроме того, имеются альтернативные изоформы генов SSX2, SSX4 и SSX5, отличающиеся по включению кассетных экзонов. У гена SSX3 также найдена изоформа, два последних экзона которой (6-7a и 6-7b) альтернативны двум последним экзонам основной изоформы (7 и 8). У гена SSX6 выявлены неканонические донорные сайты сплайсинга в первом (1a) и седьмом (7) экзонах. В результате этого его изоформа, использующая альтернативный стартовый экзон (1b) и альтернативный донорный сайт сплайсинга в седьмом экзоне (7a), является, по-видимому, единственно функционирующей. Кодирующая последовательность во всех генах начинается со второго экзона и заканчивается в предпоследнем.
Наиболее подробному анализу подверглись гены SSX8 и SSX9, экспрессии которых не наблюдали ни в одной из исследованных нормальных тканей или опухолей [21]. Ген SSX9 представлен единственным вариантом (NM_174962 в базе данных RefSeq) и включает все восемь экзонов, общих для SSX-семей-ства (рис. 1). Первые пять экзонов этой последовательности подтверждены наличием EST DB029485 из библиотеки кДНк яичек, а экзоны со второго по седьмой подтверждены мРНК BC160077, аннотированной как "синтетическая конструкция". Таким образом, в базах данных не обнаружено ни одного транскрипта, соответствующего полному гену. Кроме того, шестой экзон гена имеет неканонический донорный сайт сплайсинга, включающий динуклео-тид At на 5'-границе интрона. Сплайсинг такого ин-трона не упоминается в литературе [35] и, по-видимому, невозможен, а сам ген - нефункционален.
К началу данного исследования в базах данных по экспрессии генов человека имелось две мРНК, аннотированные как SSX8. Это мРНК NM_174961 базы данных RefSeq и мРНК AK302291 базы данных Gen-
1b 1c 1d 1-2 2 2-3 3 4
5 5-6 6 6-7a 6-7b 7 7a 8
-D-
SSX2 SSX3 SSX4 SSX5 SSX6-Q=Q^
-O-[H+D—D-
-dug-D-
-□Ь
SSX7
SSX8 D-
SSX9-ЦП-
-o—□-□-□-
■ШИ-
-QHb
-DHb
чн^о-■шь
-DHb
-0-I ihDHb
Рис. 1. Схема расположения экзонов в генах семейства ББХ. Гомологичные экзоны расположены друг под другом. Стартовые и терминальные экзоны показаны серым, кассетные экзоны - черным, внутренние конститутивные экзоны - белым. Все экзоны пронумерованы в верхней части рисунка. В окрестностях кассетных экзонов пути сплайсинга, подтвержденные транскриптами, обозначены сплошными линиями. Пунктирными линиями в прямоугольниках показаны неканонические (по-видимому, нефункциональные) сайты сплайсинга, соответствующие им пути сплайсинга также показаны пунктиром и отмечены вопросительными знаками, как, возможно, артефактные. Консервативные сайты сплайсинга показаны вертикальными черточками
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.