Эпигенетика у насекомых - Epigenetics in insects

Эпигенетические механизмы регулирующие механизмы, которые изменяют уровни экспрессии генов. Рассмотрены несколько механизмов эпигенетический, в том числе Метилирование ДНК, модификации гистонов и некодирующие РНК. Эпигенетические механизмы играют роль в таких процессах, как развитие, обучение и формирование памяти, старение, болезни, дифференциация клеток и защита генома.

Метилирование ДНК

Метилирование ДНК - эпигенетический механизм. Это химическая модификация ДНК, в которой метильная группа прикреплен к цитозин. Эта модификация установлена ДНК-метилтрансферазы (Днмц). Есть три известных типа ДНК-метилтрансфераз в млекопитающие. Эти ДНК-метилтрансферазы присутствуют в насекомые также, хотя у разных видов разные виды ДНК присутствуют. Какова конкретная роль метилирования ДНК у насекомых, все еще остается предметом обсуждения, поскольку некоторые насекомые, такие как Drosophila melanogaster просто есть следы метилирования ДНК в их геном и в целом геномы насекомых намного менее метилированы по сравнению с геномами млекопитающих (0,034% против 7,6% у Mus musculus ).[1] При сравнении различных видов насекомых и их соответствующих уровней метилирования была выявлена ​​четкая взаимосвязь между оборотом клеток и метилированием ДНК, но не между размером генома или количеством повторяющихся последовательностей и метилированием ДНК.

У пчел

Медоносные пчелы (Apis mellifera) после вылупления отмечены цветом

Медоносные пчелы (Apis mellifera ) обладают гомологи для всех трех ДНК-метилтрансфераз, известных у млекопитающих.[2][3] Но в отличие от млекопитающих у них есть две ДНК-метилтрансферазы 1 и только одна ДНК-метилтрансфераза 3. Метилирование ДНК преимущественно происходит в кодирующие области у пчел.[4]Функция метилирования ДНК у медоносных пчел заключается в регулировании альтернативного сплайсинга генов. [5]

Развитие

Метилирование ДНК играет важную роль в развитии каст и подкаст медоносных пчел. У медоносных пчел есть две разные касты: рабочие и матки. Они генетически одинаковы, но имеют морфологические, физиологические и поведенческие различия. Среди касты рабочих есть две подкасты: медсестры и собиратели. К какой подкасте принадлежит рабочая пчела, зависит от ее возраста. Паттерн метилирования ДНК у маток и рабочих,[4][6][7] а между медсестрами и собирателями разное.[8][9] Метилирование ДНК также увеличивается с возрастом у рабочих личинок, особенно в кодирующих областях и Острова CpG. Если ДНК-метилтрансфераза 3 подавляется у личинок медоносных пчел, они развиваются в маток, тогда как в противном случае они превращались бы в рабочих.[10]

Ассоциативное обучение

Использование ингибитора ДНК-метилтрансферазы зебуларин, роль ДНК-метилтрансфераз в обучение и объем памяти формирование было изучено. Если ДНК-метилтрансферазы ингибируются во время ассоциативное обучение парадигма, в которой пчела обучается ассоциировать запах с пищевым вознаграждением, ассоциативный Долгосрочная память пчел поврежден,[11] а также их вымирание объем памяти.[12] Краткосрочная память формирование и получение не подвержены ингибированию ДНК-метилтрансферазы.

У плодовых мух

Плодовая муха D. melanogaster обладают только одной ДНК-метилтрансферазой, которая подобна Dnmt 2. Не известно, что Dnmt 2 метилирует ДНК у млекопитающих. У Drosophila, однако, нокдауна Dnmt 2-подобного белка достаточно для полного истощения метилирования ДНК, а сверхэкспрессия Dnmt 2 вызывает гиперметилирование ДНК.[13] Однако линии, дефицитные по Dnmt 2, сохраняют геномное метилирование, что подразумевает присутствие новой метилтрансферазы.[14]

использованная литература

  1. ^ Capuano, F .; Mülleder, M .; Kok, R.M .; Blom, H.J .; Ральсер, М. (2014). «Метилирование ДНК цитозина обнаружено в Drosophila melanogaster но отсутствует в Saccharomyces cerevisiae, Schizosaccharomyces pombe и другие виды дрожжей ". Аналитическая химия. 86 (8): 3697–702. Дои:10.1021 / ac500447w. ЧВК  4006885. PMID  24640988.
  2. ^ Ван Ю. и др. Функциональная система метилирования CpG у социальных насекомых. Science, 2006. 314 (5799): с. 645-7.
  3. ^ Мацуи Т. и др., Профили экспрессии генов urbilaterian, уникально общих для медоносных пчел и позвоночных. BMC Genomics, 2009. 10 (1): с. 17.
  4. ^ а б Lyko, F., et al., Эпигеномы медоносных пчел: дифференциальное метилирование ДНК мозга у маток и рабочих. ПЛоС Биол, 2010. 8 (11): с. e1000506.
  5. ^ Ли-Бьярлай; и другие. (2013). «Нокдаун РНК-интерференции ДНК-метилтрансферазы 3 влияет на альтернативный сплайсинг генов у медоносной пчелы». PNAS. 110 (31): 12750–5. Bibcode:2013ПНАС..11012750Л. Дои:10.1073 / pnas.1310735110. ЧВК  3732956. PMID  23852726.
  6. ^ Shi, Y., et al., Общегеномный анализ показывает, что личинки матки имеют более низкие уровни метилирования у медоносной пчелы (Apis mellifera). Naturwissenschaften, 2013. 100 (2): с. 193–197.
  7. ^ Shi, Y.Y. и др., Как диета, так и размер клеток влияют на дифференциацию матки и рабочих через метилирование ДНК у медоносных пчел (Apis mellifera, Apidae). PLoS One, 2011. 6 (4): с. e18808.
  8. ^ Херб Б.Р. и др., Обратимое переключение между эпигенетическими состояниями у поведенческих подкаст медоносных пчел. Nat Neurosci, 2012. 15 (10): с. 1371-3.
  9. ^ Локетт, Г.А., Р. Кухарски и Р. Малешка, Изменения метилирования ДНК, вызванные социальными стимулами в мозге рабочих медоносных пчел. Genes Brain Behav, 2012. 11 (2): с. 235-42.
  10. ^ Кучарски Р. и др., Питательный контроль репродуктивного статуса медоносных пчел с помощью метилирования ДНК. Science, 2008. 319 (5871): с. 1827-30.
  11. ^ Бирганс, С.Д. и др., Метилирование ДНК опосредует различительную силу ассоциативной долговременной памяти у медоносных пчел. PLoS One, 2012. 7 (6): с. e39349.
  12. ^ Локетт, Г.А., П. Хеллиуэлл, Р. Малешка, Участие метилирования ДНК в обработке памяти у медоносной пчелы. NeuroReport, 2010. 21 (12): с. 812-6.
  13. ^ Kunert, N. et al. Dnmt2-подобный белок опосредует метилирование ДНК у Drosophila Development 2003 130: 5083-5090; опубликовано перед печатью 27 августа 2003 г., Дои:10.1242 / dev.00716
  14. ^ Такаяма, S .; Dhahbi, J .; Робертс, А .; Mao, G .; Heo, S.-J .; Пахтер, Л.; Мартин, Д. И. К .; Боффелли, Д. (20 февраля 2014 г.). «Метилирование генома у D. melanogaster обнаруживается по определенным коротким мотивам и не зависит от активности DNMT2». Геномные исследования. Лаборатория Колд-Спринг-Харбор. 24 (5): 821–830. Дои:10.1101 / гр.162412.113. ISSN  1088-9051.

внешние ссылки