научная статья по теме КОРОТКИЕ ОТКРЫТЫЕ РАМКИ СЧИТЫВАНИЯ РЕГУЛИРУЮТ ТРАНСЛЯЦИЮ ДЛИННОЙ ИЗОФОРМЫ МРНК ГЕНА SLAMF1, КОДИРУЮЩЕГО КОСТИМУЛЯТОРНЫЙ РЕЦЕПТОР CD150 Химия

Текст научной статьи на тему «КОРОТКИЕ ОТКРЫТЫЕ РАМКИ СЧИТЫВАНИЯ РЕГУЛИРУЮТ ТРАНСЛЯЦИЮ ДЛИННОЙ ИЗОФОРМЫ МРНК ГЕНА SLAMF1, КОДИРУЮЩЕГО КОСТИМУЛЯТОРНЫЙ РЕЦЕПТОР CD150»

БИОХИМИЯ, 2014, том 79, вып. 12, с. 1715 - 1723

УДК 577.218

КОРОТКИЕ ОТКРЫТЫЕ РАМКИ СЧИТЫВАНИЯ РЕГУЛИРУЮТ ТРАНСЛЯЦИЮ ДЛИННОЙ

ИЗОФОРМЫ мРНК ГЕНА ЗЬЛИП, КОДИРУЮЩЕГО КОСТИМУЛЯТОРНЫЙ РЕЦЕПТОР CD150

© 2014 Л.В. Путляева1, А.М. Шварц1, К.В. Корнеев12, М. Чович1, Л.А. Урошлев13, В.Ю. Макеев13, С.Е. Дмитриев14, Д.В. Купраш12*

1 Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН, 119991 Москва, ул. Вавилова, 32; факс: +7(499)135-1405, электронная почта: kuprash@gmail.com 2 Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, биологический факультет, 119991 Москва 3 Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН, 119991 Москва

4 Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, НИИ физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского, 119991 Москва

Поступила в редакцию 30.06.14

Более 40% генов человека содержат в 5'-нетранслируемых областях (5'-НТО) короткие открытые рамки считывания (кОРС), уменьшающие эффективность трансляции основного белка, и кроме того экспрессируют хотя бы одну укороченную изоформу мРНК, не содержащую кОРС. Мы исследовали регуляцию трансляции мРНК гена БЬАЫЕ1. Данный ген кодирует мембранный белок СБ150 — член СБ2 суперсемейства, кос-тимуляторный рецептор лимфоцитов, рецептор вируса кори и микробный сенсор макрофагов. Транскрипты гена БЬАЫЕ1 представлены как минимум двумя изоформами, отличающимися длиной 5'-НТО. В длинной изоформе мРНК БЬАЫЕ1, содержащей в 5'-НТО четыре кОРС, стоп-кодон кОРС4 перекрывается с АИв-кодоном основной рамки, образуя потенциальный сайт терминации-реинициации ИвАИв, а между стартами кОРС2 и кОРСЗ находится последовательность, идентичная т.н. «мотиву 1» из последовательности ТИЯВ8. Эта последовательность присутствует в полицистронных РНК некоторых вирусов и необходима для реализации механизма сопряженной терминации-реинициации при их трансляции. В модельной клеточной системе репортерная мРНК на основе 5'-НТО короткой изоформы мРНК БЬАЫЕ1, не содержащей кОРС, транслируется в 5—6 раз эффективнее, чем мРНК с 5'-НТО длинной изоформы. Нуклеотидные замены, разрушающие старт-кодоны кОРС2-4, существенно повышают эффективность трансляции репортер-ной РНК, в то время как замена двух нуклеотидов в составе «мотива 1» ТИЯВ8 снижает ее вдвое. Эти данные позволяют предположить, что ТИЯВ8-подобные элементы могут быть задействованы в регуляции трансляции некоторых клеточных мРНК, содержащих кОРС.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: биосинтез белка, регуляция трансляции, кОРС, мРНК.

Регуляция экспрессии генов на посттранскрипционном уровне является одним из ключевых механизмов, благодаря которому клетки могут изменять профиль экспрессии генов в ответ на внутренние или внешние раздражители [1]. В регуляцию процесса трансляции вовлечено большое количество разнообразных факторов, действующих на стадиях инициации, элонгации, терминации трансляции и даже после ее окончания. Регуляция на стадии инициации мо-

* Адресат для корреспонденции.

жет, в частности, осуществляться с помощью различных цис-элементов, присутствующих в 5'-нетранслируемой области (5'-НТО) мРНК. Одними из таких элементов служат короткие открытые рамки считывания (кОРС), в англоязычной литературе обычно называемые «upstream open reading frames» (uORF) — последовательности, ограниченные стартовым и терминирующим кодонами, находящимися в одной рамке, расположенные в 5'-НТО проксимальнее основной ОРС [2]. Такая ситуация является весьма распространенной: примерно в половине мРНК

1715

человека обнаруживается одна или несколько кОРС, находящихся перед основной ОРС [3, 4]. В некоторых случаях полипептид, синтезируемый с кОРС, оказывается функциональным [5], но, как правило, наличие таких кОРС в 5'-НТО служит для регуляции экспрессии белка, закодированного в основной рамке [2, 6]. В большинстве случаев это является простым и эффективным способом снижения уровня экспрессии основного белка [7], поскольку, в соответствии со сканирующей моделью [8], наличие альтернативных стартовых кодонов в лидерной последовательности приводит к снижению числа рибосом на старт-кодоне основной ОРС. Степень подавления напрямую зависит от контекста старт-кодона кОРС: чем эффективнее происходит его узнавание, тем хуже транслируется основная ОРС [9, 10]. Однако наличие одной или нескольких кОРС в мРНК может придавать ее трансляции устойчивость к недостатку некоторых факторов инициации — тогда это, наоборот, приводит к повышению эффективности синтеза основного продукта в определенных условиях [6, 11]. Так, система кОРС в лидерах мРНК некоторых генов стрессового ответа позволяет этим транскриптам вести активную трансляцию в условиях инактивации фактора eIF2 [12, 13]. Теоретически, от любой мРНК, содержащей несколько кОРС в 5'-НТО, можно ожидать необычной зависимости от доступности eIF2 [12]. Наличие кОРС может также придавать мРНК способность к переключению синтеза между двумя изоформами белка в зависимости от концентраций активного eIF2 и eIF4E [14].

Трансляция мРНК, в 5'-НТО которой находятся кОРС, задействует целый ряд механизмов, из которых в нашем случае наиболее интересен механизм сопряженной терминации-реинициа-ции с участием регуляторного элемента TURBS (Termination/Translation Upstream Ribosome Binding Site). Этот механизм описан для геномов некоторых вирусов — например, калицивирусов [15, 16] и вируса гриппа B [17]. Предполагается, что участок TURBS с коровой последовательностью UGGGA взаимодействует с комплементарным участком 26-й петли 18S РНК и/или с фактором eIF3, что приводит к задержке рибосомы около стоп-кодона с последующей реини-циацией на старт-кодоне, пересекающемся со стоп-кодоном или даже расположенном перед ним [16, 18, 19].

CD150, кодируемый геном SLAMF1, — трансмембранный гликопротеин массой 70 кДа, который у человека и мыши экспрессируется на поверхности В- и Т-лимфоцитов (на различных стадиях дифференцировки), зрелых дендритных клеток, тромбоцитов, моноцитов и макрофагов

[20]. Экспрессия БЬЛМ¥1 повышается при активации лимфоцитов и моноцитов [21]. В Т-лим-фоцитах СБ150 стимулирует антиген-специфичную, СБ28-независимую пролиферацию и индуцирует синтез №N7 [22], тогда как в В-лим-фоцитах он индуцирует (или усиливает) пролиферацию и синтез иммуноглобулинов [23]. СБ150 также может служить рецептором для вируса кори [24], участвовать в процессе распознавания грамотрицательных бактерий и в последующей активации макрофагов [25]. Показано, что нарушение регуляции экспрессии Б1ЛМ¥1 может приводить к развитию аутоиммунных заболеваний и иммунодефицитных состояний [26]. При исследовании некоторых В-клеточных лимфом было также показано повышение экспрессии СБ 150 и участие этого рецептора в активации митоген-активированных протеинкиназ [27, 28].

Для гена Б1ЛМ¥1 аннотировано несколько изоформ мРНК, различающихся по длине 5'-НТО. Мы заметили, что 5'-НТО длинной изоформы содержит четыре кОРС, и предположили, что они могут играть роль в регуляции экспрессии гена. Также любопытно, что стоп-кодон последней кОРС перекрывается со старт-кодоном основной рамки (UGAUG), а в 5'-НТО длинной изоформы находится характерная для ТиЯВ8 коровая последовательность UGGGA, что позволяет предположить действие механизма сопряженной терминации-реинициации [15, 17]. Мы проанализировали возможные механизмы регуляции трансляции длинной изоформы мРНК Б1ЛМ¥1 в модельной системе, используя точечный мутагенез и селективное ингибирова-ние факторов транскрипции.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Плазмидные конструкции. Генно-инженерные манипуляции проводили по стандартным методикам; использовали ферменты производства «Fermentas»/«ThermoScientific» (Литва) и «Сибэн-зим» (Россия). Для создания базовой конструкции «long» последовательность 5'-НТО длинной изоформы мРНК SLAMF1 (с 5'-концом, соответствующим мРНК BC012602) была амплифици-рована вместе с первыми 10 триплетами кодирующей последовательности гена и клонирована по сайтам Hindlll и Narl в вектор pGL3-control («Promega», США) в одной ОРС с геном люци-феразы светлячка (Firefly luciferase, Fluc), собственный старт-кодон которого был удален. Поскольку амплифицируемый фрагмент содержал сайт узнавания эндонуклеазы Hindlll, к последовательности прямого праймера был добавлен сайт узнавания эндонуклеазы llS типа Bsal в

нуклеотидном контексте, который после расщепления приводил к появлению HindIII-сов-местимого «липкого» конца. На базе конструкции «long» были созданы мутантные варианты «mut AUG2/3», «mut AUG3/4» и «mut AUG4» с заменой старт-кодонов AUG в соответствующих кОРС либо на лейциновый триплет UUG, либо на стоп-кодон UAG. Конструкция «mut UGGGA» содержала замену двух нуклеотидов коровой последовательности участка TURBS на UGACA. Мутагенез проводили с помощью двухступенчатой ПЦР, последовательность полученных конструкций проверяли секвенирова-нием. Последовательность олигонуклеотидных праймеров представлена в таблице.

m7G-кэпированные и полиаденилированные РНК получали и очищали согласно [29]. В качестве матрицы использовали ПЦР-продукты, полученные с соответствующих плазмид. ПЦР-про-дукты «long», «mut AUG2/3», «mut AUG3/4», «mut AUG4» и «mut UGGGA» были получены с использованием прямого праймера T7CDfor. Более короткие ПЦР-продукты «del AUG1» (уко-

роченный до начала кОРС 1) и «short» (с 5'-кон-цом, соответствующим мРНК AK304237) были получены с использованием прямых праймеров T7CD12 и T7CDsh соответственно. Все прямые праймеры содержали последовательность промотора Т7 РНК-полимеразы. Обратный прай-мер FLA50, использованный для получения всех ПЦР-продуктов, соответствовал дистальному участку Fluc и содержал поли(Т)-участок. Транскрипцию РНК in vitro проводили с использованием набора «T7 RiboMAX Large Scale RNA Production kit» («Promega», США). Для приготовления т7С-кэпированных транскриптов аналог m7G кэпа 3'-O-Me-m7GpppG («New England Biolabs», США) добавляли к транскрипционной смеси в соотношении 5 : 1 к GTP. Полученные таким образом РНК очищали осаждением с хлоридом лития и проверяли на целостность в денатурирующем ПААГ.

Клеточная культура и процедура трансфекции. Клетки HEK293T культивировали в питательной среде DMEM

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