научная статья по теме ГЕНЫ СЕМЕЙСТВА D4 ПОЗВОНОЧНЫХ ЖИВОТНЫХ: СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ И ЭКСПРЕССИЯ Биология

Текст научной статьи на тему «ГЕНЫ СЕМЕЙСТВА D4 ПОЗВОНОЧНЫХ ЖИВОТНЫХ: СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ И ЭКСПРЕССИЯ»

ОНТОГЕНЕЗ, 2013, том 44, № 1, с. 3-9

ОБЗОР =

УДК 575.24:595.773.4

ГЕНЫ СЕМЕЙСТВА d4 ПОЗВОНОЧНЫХ ЖИВОТНЫХ: СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ И ЭКСПРЕССИЯ

© 2013 г. Д. А. Куликова*, **, И. Б. Мерцалов*, **, О. Б. Симонова*

*Институт биологии развития им. Н.К. Кольцова РАН, 119334 Москва, ул. Вавилова, д. 26 **Институт биологии гена РАН, 119334 Москва, ул. Вавилова, д. 34/5 E-mail: osimonova@hotmail.com Поступила в редакцию 17.09.10 г.

Окончательный вариант получен 28.11.10 г.

Ранее было обнаружено новое эволюционно консервативное семейство генов d4. Было показано, что белки этого семейства обладают общим планом строения, включающим набор уникальных доменов. Название семейства определяется доменом D4, который входит в состав белков, кодируемых генами-ортологами. Белки этого семейства могут входить в состав SWI/SNF хроматин-ремоделли-рующих комплексов позвоночных животных (BAF-комплексов) и выступать в качестве регуляторов транскрипции. В геноме позвоночных животных есть три гена d4: neuro-d4 (Dpf1), ubi-d4/Requiem (Dpf2) и Cer-d4 (Dpf3). Анализ компьютерных баз данных геномов других организмов обнаружил единственного гомолога семейства d4 у дрозофилы, у нематоды и у гидры, и только геном прокариот и низших эукариот (дрожжи) лишен этих генов. Данный обзор посвящен истории исследования и сравнительному описанию структурной организации и экспрессии этих генов у позвоночных животных.

Ключевые слова: семейство генов й4, нейрогены, альтернативный сплайсинг, транскрипция, специфическая экспрессия генов, убиквитарная экспрессия генов.

DOI: 10.7868/S0475145013010047

ВВЕДЕНИЕ

В начале 90-х годов группой В.Л. Бухмана был идентифицирован ранее неизвестный нейроспе-цифический ген, neuro-d4. Этот ген был клонирован при дифференциальном скрининге библиотеки кДНК, выделенной из коры головного мозга 7-9-дневных крыс (Buchman et al., 1992). Этот ген стал родоначальником семейства генов d4. В это семейство входят три гена: neuro-d4, ubi-d4/Requiem и Cer-d4 (или Dpf1, Dpf2 и Dpf3 согласно нук-леотидной базе данных http://www.ncbi.nlm. nih.gov/nucleotide). Белки, кодируемые генами этого семейства, обладают общим планом строения и высокой гомологией аминокислотных последовательностей структурных доменов (рис. 1).

В их N-концевой области находится уникальный домен 2/3, который содержит сигнал ядерной локализации, вероятно, необходимый для проникновения белков в ядро клетки. В центральной части белковой молекулы расположен домен, гомологичный известным ДНК-связывающим последовательностям цинковых пальцев Krüppel-типа и последовательность отрицательно заряженных аминокислот (предполагаемый активатор транскрипции) (Buchman et al., 1992). В С-концевой области находится домен D4, структура которого представляет собой расположенные друг за другом два "цинковые пальца" PHD-типа (Aasland etal., 1995), которые участвуют во взаимодействии с модифицированными гистоновыми белками Н3 и Н4 (Lange et al., 2008).

NLS

N

domain 2/3

1

Krüppel I

d4-domain

PHD1

PHD2

-C

Рис. 1. Общий план строения белков D4. Domain 2/3 — домен 2/3, специфичный для белков семейства d4, NLS — сигнал ядерной локализации, Krüppel — последовательность, гомологичная "цинковому пальцу" Крюппель-типа, acidic — последовательность отрицательно заряженных аминокислот, d4-domain — домен, специфичный для генов семейства d4 и содержащий два последовательно расположенных парных "цинковых пальца" PHD-типа.

ubi-d4/Requiem

1 2 3 4 5 6 789 10 11

Ч-II I ■ HI 0—я-

nuero-d4

i^^ßrTTiTb

II II II IUI III

-t^NL

cer-d4 1 2

—I--117 kb—I—

4 5 6

"I—I-h

-H-

9 1011

4—M-

Рис. 2. Структурная организация и схема сплайсинга экзонов генов семейства d4 эукариот. Тонкие линии — геномная ДНК; закрашенные прямоугольники — экзоны, им также соответствуют обозначения цифрами; соединяющие экзоны линии показывают различные варианты сплайсинга.

Несмотря на то, что общая структура белков этого семейства сходна, гены, их кодирующие, различаются как по своей организации, так и по времени и паттерну экспрессии. Ниже каждый из этих генов будет описан отдельно.

ubi-d4/Requiem

Этот ген был описан группой В.Л. Бухмана и группой Габига. Первые клонировали его в результате скрининга библиотек мыши, цыпленка и человека после их гибридизации с зондом гена neuro-d4 (Chestkov et al., 1996). Группа Габига обнаружила его при попытке изолировать гены, связанные с программированной гибелью клеток. Они использовали интерлейкин-зависимую линию миелоидных клеток млекопитающих (FDCP-1T) для трансформации их к-ДНК-ой библиотекой, выделенной из селезенки мыши, и созданной на основе экспрессионного вектора pcDNAI. Далее трансформированные клетки культивировались в среде с дефицитом интер-лейкина-3 в течение десяти дней. В результате был обнаружен единственный клон, несущий последовательность неизвестного гена, экспрессия которого способствовала выживанию клеток в среде, лишенной интерлейкина-3. Соответствующий ген был клонирован и секвенирован. Габиг предположил, что он необходим для исполнения программы апоптотической гибели клеток, поэтому и дал ему такое мрачное название - Requiem (Gabig et al., 1994, 1998).

Экспрессия. Оказалось, что Requiem имеет один единственный транскрипт, который выявляется во всех исследованных эмбриональных и зрелых тканях (рис. 3). При этом уровень его экспрессии во всех тканях (за исключением передне-

го мозга эмбриона) практически одинаков. Отсюда его другое название "убиквитарно экспресси-рующийся й4-ген" — ubi-d4. В эмбриональном переднем мозге экспрессия ubi-d4 существенно снижена (Gabig et al., 1994). Отсутствие сплайс-вариантов и одинаковый уровень экспрессии гена ubi-d4 позволили сделать вывод о том, что эукариотическим клеткам требуется стабильная концентрация белка Ubi-d4. ubi-d4 человека был локализован на хромосоме в локусе 11q13. В этом же районе находится хорошо известный, но до того времени не клонированный, ген-супрессор опухолей-3 (tumorigenicity-3). Авторы решили, что ubi-d4, возможно, является этим геном (Chestkov et al., 1996).

В геноме мыши ген ubi-d4/requiem локализовали на 19-й хромосоме (Gabig et al., 1998). Он состоит из одиннадцати экзонов, а его общая протяженность составляет около 15.5 т.п.н. (рис. 2). Транскрипт ubi-d4/requiem ограничивается одним вариантом, представляющим собой сплайсинг всех одиннадцати экзонов в единую мРНК (Куликова и др., 2000; Mertsalov et al., 2000).

Изучение экспрессии белка методом Вестерн-блот анализа, проведенного с помощью поликло-нальных антипептидных антител, показал, что белок Ubi-d4 присутствует как в ядерной (что ожидалось, исходя из наличия сигнала ядерной локализации в аминокислотной последовательности), так и в цитоплазматической фракциях тканей мозга. Предполагают, что этот белок функционирует в ядерном и в цитоплазматиче-ском компартментах, возможно, образуя комплексы с разными белками (Gabig et al., 1998).

1 kb

1 kb

11' 23 45 67 89 1011 12

7

8XZ

3

1 kb

(a)

neuro-d4

ubi-d4 Requiem

GAPDH

(б)

Головной

мозг

CN

(в)

Тригеминальный ганглий

о CN m ^ m

w w w w W W

Рис. 3. Динамика специфической экспрессии генов neuro-d4 и ubi-d4/Requiem мыши (Нозерн-блот анализ тотальной РНК с мечеными зондами, специфичными для neuro-d4и ubi-d4/Requiem). (а) — РНК была выделена из целых эмбрионов мыши стадии Е8.5 (1); из головы (2) и тела (3) эмбрионов стадии Е16. (б, в) — экспрессия этих генов в эмбриональном головном мозге (б) и в тригеминальном ганглии (в) (верху обозначены стадии эмбрионального развития). Внизу приведена картина гибридизации с маркерным геном GAPDH (глицеральдегид-3-фосфат дегидрогеназы) для индикации количества РНК, нанесенной на дорожку.

neuro-d4

Как уже было сказано выше, этот ген явился родоначальником семейства d4. Его клонировали из коры головного мозга крысы. Затем была определена структура гена neuro-d4 человека и мыши. Было показано, что этот ген состоит из двенадцати экзонов, при этом границы экзонов и интро-нов гена человека и мыши соответствуют границам экзонов и интронов гена крысы (БиеИшап е!а1., 1992; СЬеБ1коу ^ а1., 1996).

Из мозга мыши были клонированы четыре варианта кДНК, различающиеся по структуре 5'-области, расположенной перед вторым экзо-ном (Мерцалов и др., 2000; МегЪза1оу е! а1., 2000). Однако, последовательности, соответствующие первому экзону в трех вариантах кДНК, имели инициирующие кодоны, попадающие в основную рамку считывания. Этот факт позволил предположить возможность формирования трех видов транскриптов за счет трех альтернативных первых экзонов. Видимо, эти транскрипты должны независимо транскрибироваться с собственных промоторов. При сравнении нуклеотидной последовательности кДН К—клонов с последовательностью геномных клонов было обнаружено два альтернативных первых экзона — I и I', разделенных последовательностью размером 160 п.н. Третий вариант первого экзона (экзон I0) находится на расстоянии 4 т.п.н. выше экзона I'. В геноме мыши экзоны расположены в последова-

тельности: экзон I0, затем экзоны I и I', соответственно. Далее следуют остальные одиннадцать экзонов. Четвертый вариант кДНК имел в 5'-об-ласти последовательность длиной 591 п.н., являющуюся частью первого интрона. Возможные рамки считывания внутри этой последовательности быстро терминируются, и первый инициирующий код он, попадающий в основную рамку считывания, находится в последовательности конца второго экзона. Промотор этого транскрипта, вероятно, находится внутри первого ин-трона (Mertsalov et al., 2000).

У крысы также был обнаружен вариант кДНК гена neuro-d4, свидетельствующий о существовании у него альтернативных первых экзонов. Кроме того, был клонирован фрагмент геномной ДНК, содержащий экзон I0, который, как и в геноме мыши, расположен далеко выше области, содержащей остальные экзоны (В.Л. Бухман, неопубликованные данные). У человека варианты кДНК, свидетельствующие о существовании альтернативных транскриптов, были найдены в ходе выполнения мирового проекта "Геном человека" и их последовательность можно найти в нуклеотид-ной базе данных (Gene ID: 8193) (http://www.ncbi. nlm.nih.gov/gene

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.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Биология»