Ген васа - Vasa gene
Васа является РНК связывающий белок с АТФ-зависимой РНК геликаза который является членом семейства белков DEAD box. Ген vasa необходим для половая клетка развитие и впервые было обнаружено в Drosophila melanogaster,[1] но с тех пор было обнаружено, что он сохраняется у различных позвоночных и беспозвоночных, включая человека.[2][3] Белок Vasa находится в основном в половых клетках эмбрионов и взрослых,[2] где он участвует в определении и функционировании половых клеток, а также в мультипотентных стволовых клетках, где его точная функция неизвестна.[3]
Ген
Ген Vasa является членом Семейство DEAD box РНК геликасы в Drosophila melanogaster.[1] Его человеческий ортолог, Ddx4, расположен на хромосоме 5q человека. Он синтеничен хромосоме 13 мыши, где расположен ген vasa мыши.[2] Ген сохраняется у многих видов беспозвоночных и позвоночных, таких как C. elegans, Xenopus, Данио, плоские черви, иголочки, моллюски, нематоды, мыши и крысы как важная часть поддержания и функционирования зародышевой линии.[2][3]
Все виды позвоночных, включая Дрозофила, есть только одна васа ортолог. Однако C. elegans имеет четыре гена Vasa, из которых только один (GLH-1) является существенным.[4][5]
Все гены DEAD-бокса, включая Vasa, имеют 9 консервативных мотивов последовательности.[6] Семейство генов Vasa возникло в результате дублирования с последующим приобретением определенных доменов.[7] На ранней стадии эволюции многоклеточных животных произошла дупликация гена DEAD-бокса, родственного PL10.[8] Это привело к появлению у животных генов Vasa и PL10, но растения и грибы имеют только гены PL10 и не имеют генов Vasa.[7] После события дупликации N-концевая область приобрела домены Zn-суставов, которые теперь консервативны у беспозвоночных. И позвоночные, и насекомые потеряли Zn-суставные домены. Количество этих доменов варьируется между различными видами генов Vasa. Важное свойство Zn-кулаков, которое можно отнести к классическим цинковые пальцы,[9] заключается в том, что они способны связываться с одно- и двухцепочечной ДНК или РНК.[10] Наличие Zn-суставов у беспозвоночных и отсутствие у позвоночных может указывать на различия в сайтах связывания мишеней. Их присутствие может быть важным для функций вне развития зародышевой линии. Исключением из этой теории является наличие Zn-суставов во всех четырех генах C. elegans Vasa, которые ограничены функциями в зародышевой линии.[11]
Протеин
Белковый продукт у человека содержит 724 аминокислоты, молекулярную массу 79 кДа и 8 консервативных доменов во всех DEAD-бокс-белках, которые участвуют в активности РНК-геликазы. Домен V содержит мотив DEAD.[12] Как и другие белки, родственные Vasa, человеческая Vasa имеет N-конец, богатый глицином, и повторы мотива RGG, которые участвуют в связывании РНК.[13]
Vasa регулируется на уровне транскриптов и белков. Развивающиеся эмбрионы и взрослые особи регулируют экспрессию Vasa в определенных клетках и тканях. У Drosophila зиготическая транскрипция Vasa происходит в полюсных клетках и остается специфичной для зародышевой линии на протяжении всей жизни организма.[14]
Промотор Vasa регулируется посредством метилирования. В клетках, где Vasa успешно транскрибируется, промотор гипометилирован, а во всех других клетках он метилирован.[14] Когда вазах гиперметилирован в семенниках, могут возникнуть дефекты сперматогенеза.[15]
Посттранскрипционно Vasa имеет несколько форм сплайсинга у разных животных.[16][17] В P. hawaiensis, Транскрипт Vasa равномерно распределен в эмбрионе и локализуется в зависимости от стабилизации 3’UTR (Непереведенный регион к клеткам зародышевой линии.[18] Трансляция может ингибироваться цис-регуляторными элементами в 5 'и 3' UTR транскрипта. Они могут ингибировать трансляцию за счет образования вторичных структур РНК или связывания транс-действующих факторов. Локализация экспрессии Vasa направляется путем репрессии этих путей ингибирования трансляции.[19]
Посттрансляционный, в ДрозофилаБелок Vasa локализуется в полюсной плазме во время эмбрионального развития. Многие другие белки в Дрозофила также локализуются на полюсах. Напр., Было обнаружено, что белок Oskar локализуется в полюсной плазме и может участвовать в прикреплении Vasa к полярным гранулам в заднем полюсе ооцита.[20] Другой фермент, жировые фасетки, может дополнительно стабилизировать вазу в полюсной плазме.[21] Другая посттрансляционная модификация включает фосфорилирование ортолога Vasa в C. elegans,[22] и метилирование аргинина в консервативной области мышей, Xenopus и Дрозофила Гены вазы.[23]
Функция
Одна из основных функций белка Vasa заключается в детерминации и функционировании половых клеток.[2] Он использует каталитическую активность АТФ-зависимой РНК-геликазы для регулирования трансляции множества мРНК.[24] Vasa раскручивает дуплексную РНК путем связывания и изгибания коротких участков дуплекса непроцессивным образом.[25][26] Консервативный домен может действовать как шапероны, раскручивая вторичные структуры РНК и правильно рефолдинг.[27] сплайсинг пре-мРНК, биогенез рибосом, ядерный экспорт, регуляция трансляции и деградация.[6]
Было обнаружено, что Vasa связывает РНК специфическим для последовательности образом. В эмбрионах дрозофилы Vasa связывает богатый урацилом мотив mei-P26 UTR. Мутация в Vasa снижает взаимодействие между Mei-P26 и фактором инициации elF58, что, в свою очередь, значительно снижает трансляцию гена.[28]
Недавние исследования у беспозвоночных показали, что Vasa играет роль в мультипотентных стволовых клетках, но точная функция неизвестна.[3]
Мутации
Дрозофила
Нулевая мутация вызывает женское бесплодие из-за серьезных дефектов оогенеза.[29] но самцы плодовиты.
Гомозиготные мутации с частичной потерей функции позволяют оплодотворять яйцеклетки, но у эмбрионов отсутствуют половые клетки.[8]
Mus musculus
Мутации в гомологе Vasa, Mvh, вызывают дефекты сперматогенеза, но самки плодовиты. Мужское бесплодие может быть связано с недостаточностью пролиферации и дифференцировки половых клеток (мышиный гомолог Droso.). Женская фертильность может быть связана с функциональной избыточностью других членов семьи DEAD-box. Нулевая мутация все еще позволяет формироваться первичным зародышевым клеткам, но имеет серьезные дефекты.[30]
Homo sapiens
Хотя исследований мутаций Vasa у людей не проводилось, вполне вероятно, что это вызовет бесплодие.[2]
Эти специфичные для пола фенотипы у мышей и Дрозофила мутанты предполагают, что Vasa либо регулируется по-разному, либо имеет разные целевые функции в двух типах зародышевых линий.[3]
Тканевое и субклеточное распределение
Экспрессия Vasa ограничена тканеспецифичными клетками. До недавнего времени считалось, что белок Vasa может быть обнаружен только в гаметах и не обнаруживается в соматических клетках.[2] Внутри половых клеток Vasa экспрессируется в цитоплазме. Во время эмбриогенеза Vasa экспрессируется в мигрирующих примордиальных половых клетках (PGCs) на гребне гонад как у мужчин, так и у женщин. Эта специфичность позволяет использовать Vasa в качестве высокоспецифичного маркера половых клеток.[2] У пациента с Синдром клеток Сертоли, при биопсии яичек не было обнаружено сигнала Vasa.[2] Однако недавние исследования показывают, что Vasa действует и в других клетках.[3]
Исследование на Macrostomum lignano нашел выражение Васа в мультипотентном необласть стволовые клетки в дополнение к половым клеткам.[16] Однако, Нокдаун РНКи показали, что либо Vasa несущественна в этом организме, либо функционально дублируется другими Vasa-подобными генами. Аналогичные результаты были получены при изучении колониальной асцидии. Botryllus primigenus,[31] устрицы,[32] костистые кости,[33] когтистая лягушка,[34] паразитическая оса,[35] и ракообразное Parhyale hawaiensis.[18]
Экспрессия Vasa наблюдалась в эпителиальных раковых клетках яичников. Было обнаружено, что он сдерживает контрольную точку G2, вызванную повреждением ДНК, путем подавления экспрессии другого гена.[36] Vasa также присутствует в куриных эмбриональных стволовых клетках, где вызывает экспрессию генов зародышевой линии. Эта функция по-прежнему поддерживает наиболее важную роль Vasa в развитии зародышевой линии.[37] В Книдарианцы, Vasa играет роль в нервных клетках и клетках железы.[38] Другие примеры включают Vasa в кластере мультипотентных стволовых клеток Polyascus polygenea бутоны и столон,[39] Сосуды во вспомогательных клетках яичников устриц,[40] Васа в не зародышевой линии улитки Ильянасса,[41] Ваза в мезодермальной задней зоне роста полихеты кольчатых червей Platynereis dumerilii,[17] и Vasa присутствуют в негенетических сегментах во время Олигочете развитие.[42] Но нет сообщений об экспрессии vasa вне клеток зародышевой линии в позвоночные или насекомые.[3]
Выражение
В Дрозофила, васа экспрессия наблюдается в половых клетках, в частности, в стволовых клетках зародышевой линии (GSC) женских яичников и на ранних стадиях сперматогенеза в мужских семенниках.
Окрашивание
За счет локализации васа, иммуногистохимия окрашивание можно проводить вазой антитела. Например, васа окрашивание антител специфично для стволовых клеток зародышевой линии в D. melanogaster гермарий.
Этот белок локализован в цитоплазме зародышевых клеток плода и в цитоплазме развивающихся ооцитов млекопитающих.
использованная литература
- ^ а б Раз Э (2000). «Функция и регуляция vasa-подобных генов в развитии зародышевых клеток». Геномная биология. 1 (3): ОБЗОРЫ 1017. Дои:10.1186 / gb-2000-1-3-reviews1017. ЧВК 138859. PMID 11178242.
- ^ а б c d е ж г час я Castrillon DH, Quade BJ, Wang TY, Quigley C, Crum CP (август 2000 г.). «Ген VASA человека специфически экспрессируется в линии зародышевых клеток». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 97 (17): 9585–90. Дои:10.1073 / pnas.160274797. ЧВК 16908. PMID 10920202.
- ^ а б c d е ж г Густафсон Э.А., Вессель ГМ (июль 2010 г.). «Гены Vasa: новые роли в зародышевой линии и в мультипотентных клетках». BioEssays. 32 (7): 626–37. Дои:10.1002 / bies.201000001. ЧВК 3090673. PMID 20586054.
- ^ Кузницки К.А., Смит П.А., Леунг-Чиу В.М., Эстевес А.О., Скотт ХК, Беннет К.Л. (июль 2000 г.). «Комбинаторная интерференция РНК указывает на то, что GLH-4 может компенсировать GLH-1; эти два компонента P-гранул имеют решающее значение для фертильности C. elegans». Развитие. 127 (13): 2907–16. PMID 10851135.
- ^ Спайк С., Мейер Н., Рейсен Е., Орсборн А., Киршнер Дж., Кузницки К., Йи С., Беннет К., Стром С. (апрель 2008 г.). «Генетический анализ семейства Р-гранул Caenorhabditis elegans GLH». Генетика. 178 (4): 1973–87. Дои:10.1534 / генетика.107.083469. ЧВК 2323790. PMID 18430929.
- ^ а б Линдер П. (2006). «Белки мертвого ящика: семейное дело - активные и пассивные игроки в ремоделировании RNP». Исследования нуклеиновых кислот. 34 (15): 4168–80. Дои:10.1093 / нар / gkl468. ЧВК 1616962. PMID 16936318.
- ^ а б Мотидзуки К., Нисимия-Фудзисава К., Фудзисава Т. (июнь 2001 г.). «Повсеместное распространение генов, связанных с vasa, среди многоклеточных животных и экспрессия их зародышевой линии у гидры». Гены развития и эволюция. 211 (6): 299–308. Дои:10.1007 / s004270100156. PMID 11466525.
- ^ а б Schüpbach T, Wieschaus E (июль 1986 г.). «Мутации с материнским эффектом, изменяющие передне-задний паттерн эмбриона дрозофилы». Архивы биологии развития Ру. 195 (5): 302–317. Дои:10.1007 / bf00376063. PMID 28306055.
- ^ Gamsjaeger R, Liew CK, Loughlin FE, Crossley M, Mackay JP (февраль 2007 г.). «Липкие пальцы: цинковые пальцы как мотивы распознавания белков». Тенденции в биохимических науках. 32 (2): 63–70. Дои:10.1016 / j.tibs.2006.12.007. PMID 17210253.
- ^ Раджавашистх ТБ, Тейлор А.К., Андалиби А., Свенсон К.Л., Лусис А.Дж. (август 1989 г.). «Идентификация белка цинкового пальца, который связывается с регуляторным элементом стерола». Наука. 245 (4918): 640–3. Дои:10.1126 / science.2562787. PMID 2562787.
- ^ Gruidl ME, Smith PA, Kuznicki KA, McCrone JS, Kirchner J, Roussell DL, Strome S, Bennett KL (ноябрь 1996 г.). «Множественные потенциальные геликазы зародышевой линии являются компонентами специфичных для зародышевой линии гранул P Caenorhabditis elegans». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 93 (24): 13837–42. Дои:10.1073 / пнас.93.24.13837. ЧВК 19442. PMID 8943022.
- ^ Castrillon DH, Quade BJ, Wang TY, Quigley C, Crum CP (август 2000 г.). «Ген VASA человека специфически экспрессируется в линии зародышевых клеток». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 97 (17): 9585–90. Дои:10.1073 / pnas.160274797. ЧВК 16908. PMID 10920202.
- ^ Люкинг А, Шталь У, Шмидт У (1998). «Белковое семейство РНК-геликаз». Критические обзоры по биохимии и молекулярной биологии. 33 (4): 259–96. Дои:10.1080/10409239891204233. PMID 9747670.
- ^ а б Китамура Е., Игараси Дж., Морохаши А., Хида Н., Ойнума Т., Немото Н., Сонг Ф., Гош С., Хелд В. А., Йошида-Норо С., Нагасе Х (март 2007 г.). «Анализ тканеспецифических дифференциально метилированных областей (TDM) у людей». Геномика. 89 (3): 326–37. Дои:10.1016 / j.ygeno.2006.11.006. ЧВК 1847344. PMID 17188838.
- ^ Сугимото К., Ко Э., Син Х.С., Маэда Ю., Наримото К., Изуми К., Кобори Ю., Китамура Э, Нагасе Х, Ёсида А., Намики М. (август 2009 г.). «Тканеспецифичные дифференциально метилированные области гена VASA человека потенциально связаны с фенотипом остановки созревания в семенниках». Журнал генетики человека. 54 (8): 450–6. Дои:10.1038 / jhg.2009.59. PMID 19629140.
- ^ а б Пфистер Д., Де Малдер К., Хартенштейн В., Куалес Г., Боргони Г., Маркс Ф., Моррис Дж., Ладурнер П. (июль 2008 г.). «Стволовые клетки плоских червей и зародышевая линия: онтогенетические и эволюционные последствия экспрессии макваз в Macrostomum lignano». Биология развития. 319 (1): 146–59. Дои:10.1016 / j.ydbio.2008.02.045. PMID 18405892.
- ^ а б Ребшер Н., Зелада-Гонсалес Ф, Баниш Т.Ю., Райбл Ф., Арендт Д. (июнь 2007 г.). «Vasa раскрывает общее происхождение половых клеток и соматических стволовых клеток из задней зоны роста у полихеты Platynereis dumerilii». Биология развития. 306 (2): 599–611. Дои:10.1016 / j.ydbio.2007.03.521. PMID 17467683.
- ^ а б Ожан-Кизил Г., Хавеманн Дж., Гербердинг М. (март 2009 г.). «Зародышевые клетки ракообразных Parhyale hawaiensis зависят от белка Vasa для их поддержания, но не для их образования». Биология развития. 327 (1): 230–9. Дои:10.1016 / j.ydbio.2008.10.028. PMID 19013453.
- ^ Чаттерджи С., Пал Дж. К. (май 2009 г.). «Роль 5'- и 3'-нетранслируемых участков мРНК в заболеваниях человека». Биология клетки. 101 (5): 251–62. Дои:10.1042 / BC20080104. PMID 19275763.
- ^ Брайтвизер В., Маркуссен Ф. Х., Хорстманн Х., Эфрусси А. (сентябрь 1996 г.). «Взаимодействие белка Oskar с Vasa представляет собой важный этап сборки полярных гранул». Гены и развитие. 10 (17): 2179–88. Дои:10.1101 / gad.10.17.2179. PMID 8804312.
- ^ Лю Н., Дансеро Д.А., Ласко П. (октябрь 2003 г.). «Жировые фасетки взаимодействуют с сосудистыми оболочками в плазме полюса дрозофилы и защищают ее от разложения». Текущая биология. 13 (21): 1905–9. Дои:10.1016 / j.cub.2003.10.026. PMID 14588248.
- ^ Орсборн А.М., Ли В., МакИвен Т.Дж., Мизуно Т., Кузьмин Е., Мацумото К., Беннетт К.Л. (сентябрь 2007 г.). «GLH-1, белок гранул C. elegans P, контролируется JNK KGB-1 и субъединицей COP9 CSN-5». Развитие. 134 (18): 3383–92. Дои:10.1242 / dev.005181. PMID 17699606.
- ^ Кирино Ю., Вурекас А., Ким Н., де Лима Алвес Ф., Раппсилбер Дж., Кляйн П.С., Йонгенс Т.А., Мурелатос З. (март 2010 г.). «Метилирование аргинина белка vasa сохраняется во всех типах». Журнал биологической химии. 285 (11): 8148–54. Дои:10.1074 / jbc.M109.089821. ЧВК 2832966. PMID 20080973.
- ^ Каррера П., Джонстон О., Накамура А., Казанова Дж., Джекле Х., Ласко П. (январь 2000 г.). «VASA опосредует трансляцию посредством взаимодействия с гомологом yIF2 дрозофилы». Молекулярная клетка. 5 (1): 181–7. Дои:10.1016 / с1097-2765 (00) 80414-1. HDL:11858 / 00-001M-0000-0012-F80E-6. PMID 10678180.
- ^ Сэнгоку Т., Нуреки О, Накамура А., Кобаяси С., Йокояма С. (апрель 2006 г.). «Структурная основа раскручивания РНК DEAD-бокс-белком Drosophila Vasa». Ячейка. 125 (2): 287–300. Дои:10.1016 / j.cell.2006.01.054. PMID 16630817.
- ^ Линдер П., Ласко П. (апрель 2006 г.). «Изогнутая форма: раскручивание РНК DEAD-box геликазой Vasa». Ячейка. 125 (2): 219–21. Дои:10.1016 / j.cell.2006.03.030. PMID 16630807.
- ^ Лорш-младший (июнь 2002 г.). «РНК-шапероны существуют, и белки DEAD-бокса получают жизнь». Ячейка. 109 (7): 797–800. Дои:10.1016 / s0092-8674 (02) 00804-8. PMID 12110176.
- ^ Лю Н, Хань Х, Ласко П. (декабрь 2009 г.). «Vasa способствует дифференцировке стволовых клеток зародышевой линии дрозофилы, активируя трансляцию mei-P26 путем прямого взаимодействия с (U) -богатым мотивом в его 3 'UTR». Гены и развитие. 23 (23): 2742–52. Дои:10.1101 / гад.1820709. ЧВК 2788330. PMID 19952109.
- ^ Стихлер С., Накамура А., Лебедь А., Сутер Б., Ласко П. (май 1998 г.). «vasa необходима для накопления GURKEN в ооците и участвует в дифференцировке ооцитов и развитии кисты зародышевой линии». Развитие. 125 (9): 1569–78. PMID 9521895.
- ^ Танака С.С., Тоёка Ю., Акасу Р., Катох-Фукуи Ю., Накахара И., Сузуки Р., Йокояма М., Ноче Т. (апрель 2000 г.). «Мышиный гомолог Drosophila Vasa необходим для развития мужских половых клеток». Гены и развитие. 14 (7): 841–53. ЧВК 316497. PMID 10766740.
- ^ Мукаи Х., Ватанабэ Х. (март 1976 г.). «Исследования по образованию половых клеток в соединении асцидии Botryllus primigenus Oka». Журнал морфологии. 148 (3): 377–62. Дои:10.1002 / jmor.1051480306. PMID 943552.
- ^ Fabioux C, Corporeau C, Quillien V, Favrel P, Huvet A (май 2009 г.). «In vivo РНК-интерференция в устрицах - молчание сосудов подавляет развитие половых клеток». Журнал FEBS. 276 (9): 2566–73. Дои:10.1111 / j.1742-4658.2009.06982.x. PMID 19476495.
- ^ Мияке А., Сайто Т., Кашиваги Н., Андо Д., Ямамото А., Сузуки Т., Накацудзи Н., Накацудзи Т. (2006). «Клонирование и паттерн экспрессии гена shiro-uo vasa во время эмбриогенеза и его роль в развитии PGC». Международный журнал биологии развития. 50 (7): 619–25. Дои:10.1387 / ijdb.062172am. PMID 16892175.
- ^ Икениши К., Танака Т.С. (октябрь 1997 г.). «Вовлечение белка гомолога Xenopus vasa (Xenopus vasa-подобный ген 1, XVLG1) в дифференцировку примордиальных половых клеток». Развитие, рост и дифференциация. 39 (5): 625–33. Дои:10.1046 / j.1440-169x.1997.t01-4-00010.x. PMID 9338598.
- ^ Журов В., Терзин Т., Грбич М. (декабрь 2004 г.). «Ранний бластомер определяет пролиферацию эмбрионов и кастовую судьбу полиэмбриональной осы». Природа. 432 (7018): 764–9. Дои:10.1038 / природа03171. PMID 15592416.
- ^ Хашимото Х., Судо Т., Миками Й., Отани М., Такано М., Цуда Х., Итамочи Х., Катабучи Х., Ито М., Нисимура Р. (ноябрь 2008 г.). «Белок, специфичный для зародышевых клеток, VASA сверхэкспрессируется при эпителиальном раке яичников и нарушает контрольную точку G2, вызванную повреждением ДНК». Гинекологическая онкология. 111 (2): 312–9. Дои:10.1016 / j.ygyno.2008.08.014. PMID 18805576.
- ^ Lavial F, Acloque H, Bachelard E, Nieto MA, Samarut J, Pain B (июнь 2009 г.). «Эктопическая экспрессия Cvh (гомолога Chicken Vasa) опосредует перепрограммирование куриных эмбриональных стволовых клеток на судьбу зародышевых клеток». Биология развития. 330 (1): 73–82. Дои:10.1016 / j.ydbio.2009.03.012. PMID 19324033.
- ^ Bosch TC, Дэвид CN (май 1987 г.). «Стволовые клетки Hydra magnipapillata могут дифференцироваться в соматические клетки и клетки зародышевой линии» (PDF). Биология развития. 121 (1): 182–191. Дои:10.1016/0012-1606(87)90151-5.
- ^ Шукалюк А.И., Головнина К.А., Байбородин С.И., Гунбин К.В., Блинов А.Г., Исаева В.В. (февраль 2007 г.). «vasa-связанные гены и их экспрессия в стволовых клетках колониальных паразитических ризоцефаланов усоногих Polyascus polygenea (Arthropoda: Crustacea: Cirripedia: Rhizocephala)». Cell Biology International. 31 (2): 97–108. Дои:10.1016 / j.cellbi.2006.09.012. PMID 17085060.
- ^ Fabioux C, Pouvreau S, Le Roux F, Huvet A (март 2004 г.). «Ген устрицы vasa-подобный: специфический маркер зародышевой линии Crassostrea gigas». Сообщения о биохимических и биофизических исследованиях. 315 (4): 897–904. Дои:10.1016 / j.bbrc.2004.01.145. PMID 14985097.
- ^ Swartz SZ, Chan XY, Lambert JD (февраль 2008 г.). «Локализация мРНК Vasa при раннем расщеплении улитки Ильянасса». Гены развития и эволюция. 218 (2): 107–13. Дои:10.1007 / s00427-008-0203-6. PMID 18214533.
- ^ Ояма А., Симидзу Т. (октябрь 2007 г.). «Временное появление vasa-экспрессирующих клеток в негенитальных сегментах во время эмбрионального развития у олигохет кольчатых червей Tubifex tubifex». Гены развития и эволюция. 217 (10): 675–90. Дои:10.1007 / s00427-007-0180-1. HDL:2115/30348. PMID 17851685.