научная статья по теме ПАРАЛЛЕЛИЗМ И ПАРАДОКСАЛЬНОСТЬ ДЕЙСТВИЯ НА ЖИЗНЕСПОСОБНОСТЬ И ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ЖИЗНИ МУТАЦИЙ РЕГУЛЯТОРА БЕЛКОВ ТЕПЛОВОГО ШОКА HSF1 И ОНКОСУПРЕССОРА L(2)GL У DROSOPHILA MELANOGASTER Биология

Текст научной статьи на тему «ПАРАЛЛЕЛИЗМ И ПАРАДОКСАЛЬНОСТЬ ДЕЙСТВИЯ НА ЖИЗНЕСПОСОБНОСТЬ И ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ЖИЗНИ МУТАЦИЙ РЕГУЛЯТОРА БЕЛКОВ ТЕПЛОВОГО ШОКА HSF1 И ОНКОСУПРЕССОРА L(2)GL У DROSOPHILA MELANOGASTER»

ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ БИОЛОГИЧЕСКАЯ, 2012, № 1, с. 27-34

= ГЕНЕТИКА

УДК 575.224:616-006.2:595.773.4

ПАРАЛЛЕЛИЗМ И ПАРАДОКСАЛЬНОСТЬ ДЕЙСТВИЯ НА ЖИЗНЕСПОСОБНОСТЬ И ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ЖИЗНИ МУТАЦИЙ РЕГУЛЯТОРА БЕЛКОВ ТЕПЛОВОГО ШОКА hsf1 И ОНКОСУПРЕССОРА l(2)gl У Drosophila melanogaster

© 2012 г. Н. Я. Вайсман*, М. Б. Евгеньев**, М. Д. Голубовский***

*Институт цитологии и генетики СО РАН, 630090 Новосибирск, просп. Академика Лаврентьева, 10 **Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН, 119991 Москва, ул. Вавилова, 32 ***Department of Molecular and Cell Biology, University of California, Berkeley, CA, California 94720, USA

E-mail: weisman@bionet.nsc.ru Поступила в редакцию 10.12.2009 г.

Изучено влияние на выживаемость и продолжительность жизни (ПЖ) в норме и при повышенной температуре (29°С) моно- и дигетерозиготности по летальным аллелям гена lgl и аллеля мульти-функционального гена hsf, регулятора экспрессии белков теплового шока. Обнаружено значительное повышение жизнеспособности (до 30—39%) у гетерозигот hsf1/+ (одна доза активного hsf-фак-тора) в случае их развития от яйца до имаго в условиях температурного стресса. Однако этот стрес-сзащитный эффект уменьшенной дозы фактора HSF1 супрессировался в дигетерозиготах, когда одновременно снижалась доза онкосупрепссора lgl. В условиях температурного стресса снижение дозы одного из аллелей повышало также среднюю ПЖ и замедляло старение, особенно в случае материнского наследования каждой мутации. У дигетерозигот средняя ПЖ имела промежуточные значения. При этом у самцов-дигетерозигот в условиях стресса позитивное действие аллеля hsf на ПЖ и уменьшение поздней смертности подавлялось lgl-мутацией. Парадоксально, что понижение экспрессии каждого из изученных жизненно важных генов оказывает позитивное действие на выживаемость и ПЖ в условиях стресса. Однако одновременное понижение их дозы у дигетерозигот приводит к диссонансам в жизнедеятельности на уровне целого организма. Полученные факты указывают на взаимодействие генных продуктов HSF и LGL в ходе онтогенеза и стрессзащитного процесса.

В последние годы у дрозофилы и других животных обнаружено, что уменьшение дозы некоторых жизненно важных генов у гетерозиготных животных приводит к повышению выживаемости при стрессе и увеличению средней продожитель-ности жизни (ПЖ). Например, дрозофилы, гетерозиготные по летальному аллелю гена Methuselah (mth/+), живут дольше обычных нормальных мух на 30—35% (Lin et al., 1998). У мышей в случае мутаций, снижающих дозу онкосупрессора р53, выявлена обратная корреляция между функцией защиты от опухоли и влиянием на ПЖ (Donehower, 2002). Избыточная активность гена р53 укорачивает жизнь взрослых животных, ускоряя их старение, а понижение его активности удлиняет жизненный цикл. Генно-инженерное введение в геном дрозофилы аллеля p53 с пониженной активностью в нейронах увеличивает ПЖ самок и самцов на 58 и 32% соответственно и повышает устойчивость к генотоксичному стрессу - воздействию сильным мутагеном паракватом (Tyner et al., 2002).

Повышение выживаемости в период развития (от оплодотворения до появления на свет), после рождения и до окончания жизни обнаружено у гетерозиготных по делеционым мутантным аллелям гена-онкосупрессора lethal(2)giant larva (lgl) дрозофил при температурном стрессе и вирусном заражении (Golubovsky, 1980; Golubovsky et al., 2006; Вайсман и др., 2007, 2008).

На старение и ПЖ влияет изменение активности генов теплового шока hsp70, hsp22, hsp26 и hsp27 (Tower, 2009). Повышенная экспрессия генов hsp26 и hsp27 в нормальных температурных условиях продлевает среднюю ПЖ дрозофилы до 30% и увеличивает устойчивость к температурному и оксидантному стрессам (Morrow, Tanguay, 2003). Увеличение ПЖ происходит при суперэкспрессии транскрипционного регулятора белков теплового шока, фактора HSF1 в ответ на внешние стрессы (Horng-Dar et al., 2004).

Несколько мутаций hsf, полученных после воздействия на животных этилметансульфонатом (EMS), возникло в результате замены одного из оснований в кодирующей последовательности

Таблица 1. Эмбриональная выживаемость гетерозиготных по аллелям Щ558 и hsf1 мух в поколении при разных температурах

Генотип Fl Доля гетерозиготных животных в Fl

25°C 29 °C

hsf1/ + 49.7* 64.9 (129.8)

+ /hsf1 51.4* 69.3 (138.6)

lgl558/ + 52.5* 55.8 (111.6)

+ /lgl558 52.3* 56.8 (113.6)

hsf1/ +, + /lgl558 33.2** 36.2 (108.7)

+ /hsf1, lgl558/+ 33.3** 37.2 (111.7)

Примечание. hsf1/+ и +/hsf1 различаются материнским или отцовским происхождением мутации; в скобках — отклонения экспериментальных значений ЖСП от теоретически ожидаемых, %.

* Ожидаемое расщепление 1 : 1. ** Ожидаемое расщепление 2 : 1.

ДНК. Все мутации останавливают развитие на первой или второй личиночной стадии, гомозиготные животные нежизнеспособны. Нонсенс-мутация hsf1 приводит к потере стабильности и функций всех доменов белка HSF, который не выявляется у гетерозигот hsf1/+ (Jedlicka et al., 1997).

Фактор HSF1 мультифункционален и помимо активации белков теплового шока при стрессе участвует в контроле нормального развития. Отмечена парадоксальность HSF1 в канцерогенезе. Утрата фунции HSF1 приводит к торможению роста опухолей, возникающих в случае мутаций ге-на-онкосупрессора р53. Фактор HSF1 образует комплекс с белком р53 и модулирует его транскрипционную активность при действии гено-токсичных агентов (Logan et al., 2009; Tower, 2009). Таким образом, действие HSF1 на уровне клеток и организма амбивалентно. В норме он повышает выживание и оказывает стресс-защитный эффект и в то же время поддерживает рост и деление раковых клеток (Dai et al., 2007). Это один из примеров гармонического антагонизма.

В работе исследовали влияние на выживаемость, старение и ПЖ животных моно- и дигете-розиготности по летальным (loss-of-function) мутациям hsf1 и lgl55S в норме и при действии повышенной температуры.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

В работе использовали инбредные линии из фонда лаборатории генетики популяций ИЦиГ СО РАН: нормальную линию Canton S (CS) и линии, гетерозиготные по делеционному природному летальному аллелю опухолевого супрессора lgl558/Cy (Умань, Украина) и летальной мутации регулятора транскрипции hsf1/Cy, полученной из фонда ИМБ РАН.

Обе мутации относятся к типу loss-of-function, которые полностью утрачивают активность гена. Выделенный из природной популяции летальный аллель lgl558 оказался внутрилокусной деле-ций, захватывающей прителомерный район левого плеча второй хромосомы (Mechler et al., 1985). Были проведены реципрокные скрещивания между мутантными линиями lgl558/Су и hsf1/Су (где Су — доминантный маркер Curly в хромосоме, свободной от летали) и нормальной линией CS. Выживаемость потомств F1 оценивали при постоянном воздействии нормальной (25°С) и стрессовой повышенной температуры (29°С).

Для оценки относительной жизнеспособности (ЖСП) стаканы с отложенными яйцами потомства от одного и того же скрещивания сразу использовали для опыта при постоянных температурах 25 и 29°С. Реципрокные гетерозиготные животные lgl558/+ и hsf1/+ и + /lg1558и +/hsf1 имели нормальный фенотип. Об изменении ЖСП судили по отклонению от ожидаемых расщеплений фенотипов.

В эксперименте по определению ПЖ сопоставляли динамику смертности моногетерозигот hsf1/+ и lgl558/+ в потомстве F1 от скрещиваний самок lgl558/Су и hsf1/Су с самцами нормальной линии CS. Гибридные потомства от реципрокных скрещиваний выращивали до вылета имаго при нормальной температуре 25°С. Самок и самцов каждого генотипа из F1 сразу после вылета помещали отдельно в термостаты с постоянными температурами 25° и 29°С. Через каждые трое суток мух пересаживали на свежий корм. Поскольку особи F1 Cy/+ с доминантным маркером Cy несут две нормальные дозы генов hsf и lgl, они служили в каждом из скрещиваний внутренним контролем для гетерозигот с уменьшенной вдвое дозой изучаемых генов. Всего было изучено 32 комбинации генотипов для оценки сравнительной динамики ПЖ моногетерозигот в разных опытных режимах и 8 комбинаций для анализа ПЖ дигетерозигот.

Для определения достоверности различий в опытных и контрольных выборках дрозофил между средними значениями ПЖ применяли критерий Стьюдента (Фишер, 1958), между кривыми выживаемости животных — логранговый тест (Bland, Altman, 2004).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Обнаружены два парадоксальных эффекта. Во-первых, существенное повышение жизнеспособности у гетерозиготных животных hsf1/+ (одна доза активного HSF1 фактора) в случае их развития в условиях температурного стресса. Этот стресс-защитный эффект уменьшенной дозы hsf1 супрессируется, однако, при снижении дозы он-косупрепссора lgl у животных-дигетерозигот hsf1/+; lgl558/+. Данный факт указывает на взаимодействие продуктов этих генов в стресс-защитном ответе. Анализ хода старения и оценка средней ПЖ у дигетерозигот в условиях стресса также продемонстрировали непредсказуемое взаимодействие мутаций генов hsf1 и lgl558 в их реакции на температурый стресс.

Относительная жизнеспособность в период развития от яйца до имаго. В табл. 1 приведены суммарные данные по самкам и самцам по поколению F1. В обычных температурных условиях (25°С) в потомствах от реципрокных скрещиваний между линиями hsf1/Су и CS расщепление не отличается от теоретически ожидаемого. Выживаемость двух классов животных, гетерозиготных по мутантному аллелю транскрипционного фактора hsf1 и гомозиготных по нормальному аллелю гена hsf(+), практически одинакова (табл. 1).

Повышение температуры во время развития резко (на 30—39%) увеличивает выживаемость мутантных hsf1/+ и +/hsf1 гетерозигот. Выживаемость при стрессе варьирует в зависимости от направления скрещиваний и пола. В прямых и обратных скрещиваниях доли гетерозиготных са-

мок и самцов в F1 составили 67.1 и 68.1, 62.5 и 70.6% соответственно.

Позитивное влияние уменьшения дозы аллеля hsf1 на выживаемость гетерозиготных животных весьма значительно и сильнее обнаруженного ранее и выявленного в данных опытах аналогичного влияния уменьшения дозы гена lgl. В условиях температурного стресса в ходе развития доли гетерозиготных самок в

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