Диссертация (1145638), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Такие мРНК, как правило, сохраняются ввиде РНП-гранул, в которых они находятся в комплексе с большим количеством РНКсвязывающих и адаптерных белков, предохраняющих эти мРНК от преждевременнойтрансляции и деградации (по: Kiebler and Bassell, 2006). Появление генов-паралогов семействаnxf связывают с необходимостью взаимодействия продуктов этих генов с такими мРНК вцитоплазме клеток (Jun et al., 2001).57У млекопитающих известно 7 генов семейства nxf, при этом набор этих генов,предстваленных у организмов разных видов, отличается. Так, у мыши выявленыгеныnxf1,2,3,7; у человека – nxf1-6. У всех названных организмов универсальным является ген nxf1,который экспрессируется во всех клетках на всех стадиях развития организма, а паралоги этогогена, как правило, проявляют ткане- либо органо-специфичность (Herold et al., 2000; Tan et al.,2005).
Например, Mm nxf2 экспрессируется в мозге и семенниках мыши, Mm nxf3 – только вклетках Сертоли, Mm nxf7 – в эмбриональных тканях и мозге (Tan et al., 2005; Tretyakova et al.,2005; Pan et al., 2009a; Zhou et al., 2011). Аналогичная картина наблюдается и у человека: геныHs nxf2-3 являются семенниково-специфичными генами, а Hs nxf5 активен только в нервнойткани (Herold et al., 2000; Jun et al., 2001).Наиболее изученными являются гены Mm nxf2,3,7 и Hs nxf5, среди которых для геновMm nxf2,7 и Hs nxf5 характерно присутствие в нервной системе.1.3.2.1 Белки NXF2 и NXF7 в нервной системе мышиОба гена – и Mm nxf2, и Mm nxf7, экспрессируются в мозге мыши, но их белковыепродукты отличаются по свойствам: белок Mm NXF2 способен экспортировать мРНК из ядра ивыявляется в составе РНП-гранул в цитоплазме нейронов, а белок Mm NXF7 выполняетисключительно цитоплазматические функции.Белок Mm NXF2 в нейронах гиппокампа мыши выявляется в составе РНК-содержащихгранул совместно с белком FMR1 (Fragile X Mental Retardation syndrome protein 1) (Lai et al.,2006; Zhang et al., 2007).
Белок FMR1 связывается с определенными мРНК и участвует врегуляции их трансляции, а мутации в гене fmr1 у человека приводят к возникновениюсиндрома ломкой Х-хромосомы и умственной отсталости, при этом нарушается структурадендритных шипиков (Irwin et al., 2000). Известно, что в нейронах гиппокампа мыши белкиNXF2 и FMR1 регулируют стабильность мРНК nxf1 (Zhang et al., 2007). Показана способностьNXF2 связываться с цитоплазматическим кинезиноподобным моторным белком KIF17, а такжес белками MAP1A и МАР1B и рядом других белков, обеспечивающих транспорте РНПкомплексов в цитоплазме (Tretyakova et al., 2005; Takano et al., 2007; Katahira et al., 2008).
Такиерезультаты позволяют приписывать белку NXF2 участие в цитоплазматическом транспорте,локализации и/или трансляционном контроле, по крайней мере, некоторых мРНК. Подобныеданные получены и для белка Mm NXF7.Белок Mm NXF7 присутствует только в цитоплазме нервных клеток и в эмбриональныхтканях. Он не участвует в ядерном экспорте мРНК, но вовлечен в такие процессы, какобеспечение цитоплазматического транспорта, стабильности и хранения мРНК (Tan et al., 2005;58Katahira et al., 2008; Vanmarsenille et al., 2013). Известно, что белок Mm NXF7 непосредственновзаимодействует с белками МАР1А и МАР1В (Microtubule-Associated Protein) и Unrip,задействованными в цитоплазматическом транспорте РНП-гранул. Авторы полагают, что белокMm NXF7 выполняет роль адаптера между РНП-гранулой и белками, взаимодействующими сцитоскелетом (Tretyakova et al., 2005; Katahira et al., 2008).Исследования на мышах с нокаутом гена nxf7 не выявили значимых отличий в структуремозга, относительно особей дикого типа, но обнаружили в их гиппокампе более, чемдвукратное изменение урoвня экспрессии ряда генов.
Анализ поведения в ряде тестов выявил умышей с нокаутом гена nxf7 статистически значимое снижение показателей пространственногообучения и памяти относительно таковых у мышей дикого типа, но не показал значимогоснижения у них моторных функций (Vanmarsenille et al., 2013). Позднее было показано, чтопомимо когнитивных дефектов, у мышей с нокаутом гена nxf7 наблюдается измененноесоциальное поведение и нарушение долговременной потенциации (Long-term potentiation, LTP)в нейронах гиппокампа (Callaerts-Vegh et al., 2015).Важность белка NXF7 для процессов обучения и памяти связывают с его участием вметаболизме и хранении определенных мРНК (Vanmarsenille et al., 2013; Callaerts-Vegh et al.,2015). Интересно, что характер нарушений у мышей с нокаутом гена nxf7 сходен с таковым умышей с нокаутом по гену stau1, и сильно отличается от такового у мышей с нокаутом по генуfmr1.
Оба этих гена кодируют РНК-связывающие белки, специфически свзывающиеопределенные мРНК. Авторы (Callaerts-Vegh et al., 2015) полагают, что различныеповеденческие и физиологические фенотипы, наблюдаемые при нарушении NXF7 и FMRP,могут быть обусловлены тем, что эти белки регулируют различные наборы клеточных мРНК.1.3.2.2 Белок NXF5 человекаУ человека в мозге экспрессируются гены nxf2 и nxf5 (Jun et al., 2001; Vanmarsenille et al.,2013).
Интересно, что ген nxf5 выявлен только у шимпанзе и человека (Esposito et al., 2013).Согласно существующим представлениям, белок NXF5 является функциональным аналогомNXF7 мыши, поскольку дефицит этого белка у мышей приводит к аналогичным когнитивнымдефектам, как и у людей с нарушением функции NXF5 (Vanmarsenille et al., 2013; Callaerts-Veghet al., 2015).Белок NXF5 преимущественно локализуется в цитоплазме, включая отростки, нейронов(Jun et al., 2001).
В медицинской практике известны пациенты с серьезными дефектамиразвития мозга и умственной отсталостью, вызванными, предположительно, потерей функциигена Hs nxf5 (Frints et al., 2003; Grillo et al., 2010). У ряда пациентов с расстройствами59аутического спектра выявляются мутации в гене Hs nxf5, приводящие к потере материалаодного из экзонов, в результате чего белок NXF5 оказывается укороченным на 27 аминокислот(Piton et al., 2013).
Исследователи полагают, что белок NXF5 избирательно обеспечиваеттранспорт и/или локализацию определенных нейроспецифичных транскриптов, а потеряфункции этого белка приводит к нарушению развития и функционирования головного мозга учеловека (Jun et al., 2001; Grillo et al., 2010).1.3.3 Ген small bristles у дрозофилы – полифункциональный ортолог гена nxf1 другихорганизмовВ геноме D. melanogaster выявлено 4 гена семейства nxf (Dm nxf1-4), среди которыхжизненно-важным является только ген small bristles (sbr, второе название - Dm nxf1). Ген sbrлокализуется в Х-хромосоме, его паралоги – в хромосоме 3 (Рис. 25).
Как и у млекопитающих,белок SBR (Dm NXF1) в гетеродимере с белком р15 осуществляет ядерный экспорт всех мРНК(Herold et al., 2000, 2001).Рисунок 25. Cтруктура дрозофилиных генов и доменная организация типичного белка семействаNXF. Экзоны и соответствующие им белковые домены отмечены одним и тем же цветом. Серымвыделены области, не имеющие гомологии с человеческими последовательностями в генах человека.Черным отмечены 3′- и 5′-UTR (UnTtranslated Regions, нетранслируемые области). Зеленыетреугольники на схемах строения генов показывают инициирующие кодоны, красные треугольники –стоп-кодоны. RBD – RNA Binding Domain, РНК-связывающий домен; LRRs – Leucine Rich Repeats,богатые лейцином повторы; NTF – Nuclear Transport Factor, ядерный фактор транспорта; UBA –Ubiquitine Associated Domain, убиквитин-связывающий домен (Herold et al., 2001).Экспрессия генов семейства nxf у дрозофилы была изучена на различных культурахклеток (линии эмбриональных стволовых клеток SL2 и Kc, клеточная линия имагиальныхдисков clone 8) и эмбрионах.
Из четырех генов, как в культуре клеток, так и в эмбрионах, надетектируемом уровне экспрессируются только гены Dm nxf1-3 (Herold et al., 2001).60Ген Dm nxf4 укорочен с 3`-конца, поэтому гипотетический белковый продукт имеет толькопервые 2 (RBD и LRR) из 4 доменов, характерных для белков семейства NXF (Herold et al.,2000). Ген Dm nxf3, по-видимому, является ретрогеном: в нём нет интронов, но его транскриптыпредставлены в базе данных (по: Flybase.org1).
Как и белок Dm NXF1, Dm NXF3 способенсвязыватьсясбелкомр15,однакоубиквитин-связывающийдомен,участвующий во взаимодействии с нуклеопоринами, у белка Dm NXF3 отличается отсоответствующего домена белков Dm NXF1 и Dm NXF2 (Herold et al.,2000, 2001). БелокDm NXF2 имеет тот же набор доменов, что и белки Dm NXF1, но проявляет меньшее сродствок белку р15 (Herold et al., 2001).Исследования при помощи интерференции РНК показали, что жизненно-важнымявляется только ген Dm nxf1.
Выключение генов Dm nxf2-4 не оказывает влияния нажизнеспособность клеток, в то время, как ослабление функции генов Dm nxf1 и p15 значительноее снижают (Рис. 26; Herold et al., 2001)Рисунок 26. Влияние выключения генов семейства nxf на жизнеспособность клеток дрозофилы.Интерференция РНК генов Dm nxf2-4, как и в случае контролей – интерференции РНК гена GFP и безинтерференции РНК (no RNA), не влияет на жизнеспособность клеток. Выключение генов Dm nxf1 и p15значительно снижает жизнеспособность клеток (Herold et al., 2001).Таким образом, остается неясным, функциональны ли гены nxf2-4 у дрозофилы, или нет.Возможно, эти гены осуществляют специализированные функции (Herold et al., 2001). Ген sbr(Dm nxf1) у дрозофилы отличается от ортологичных генов позвоночных, включая человека,большим разнообразием органо-специфичных транскриптов (Ivankova et al., 2010; Мамон и др.,2013; Ginanova et al., 2016; Гинанова, 2017).
Нарушение функции гена sbr проявляется в видеразличных эффектов, большая часть из которых связана с нарушением развития нервной иполовой систем, мышечного аппарата и сенсорных органов дрозофилы (Korey et al., 2001;Маркова, 2002; Ivankova et al., 2010; Ацапкина и др., 2010; Мамон и др., 2013; Ginanova et al.,2016; Гинанова, 2017; Flybase.org1). Это позволяют предполагать, что у D. melanogaster в основеполифункциональности гена sbr лежит полиморфизм его продуктов (Мамон и др., 2013).1http://flybase.org611.3.3.1 Фенотипическое проявление мутаций гена sbr у D. melanogasterПервый идентифицированный мутантный аллель гена sbr - sbr1 - в гомозиготе приводитк нарушению формирования макрохет (щетинок, которые являются сенсорными органамидрозофилы): у особей-имаго формируются укороченные тонкие макрохеты (Zhimulev et al.,1987, Korey et al., 2001), что и привело к появлению названия гена: «small bristles» - «маленькиещетинки».
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
