Nadčasový (gen) - Timeless (gene)

nadčasový
Identifikátory
OrganismusD. melanogaster
SymbolTim
Entrez33571
RefSeq (mRNA)NM_164542
RefSeq (Prot)NP_722914
UniProtP49021
Další údaje
Chromozóm2L: 3,49 - 3,51 Mb

Nadčasový (Tim) je gen u více druhů, ale je nejpozoruhodnější pro svou roli v Drosophila pro kódování TIM, esenciálního proteinu, který reguluje cirkadiánní rytmus. Nadčasový mRNA a protein rytmicky osciluje s časem jako součást smyčky negativní zpětné vazby transkripce a translace zahrnující doba (za) gen a jeho protein.

Objev

V roce 1994 nadčasový bylo objeveno prostřednictvím dopředu genetický screening provádí Jeffery L. Price při práci v laboratoři Michael W. Young.[1] Tento gen byl nalezen, když si všimli arytmie Tim01 mutant přes a P prvek obrazovka.[2][3] Tim01 mutace způsobovala arytmické chování, definované nedostatkem schopnosti stanovit správné cirkadiánní rytmy.[1] V roce 1995 byl nadčasový gen naklonován Amita Sehgal a partnery v laboratoři Michaela W. Younga.[4] Na rozdíl od Drosophila nadčasový gen, homology byly objeveny u jiných druhů, které nejsou nezbytné pro cirkadiánní rytmus.[5] Objev nadčasový následoval objev doba mutantů v roce 1971 přímým genetickým screeningem, klonováním za v roce 1984 a experiment, který to určil za je cirkadiánní v roce 1990. K tomu došlo během období rychlé expanze v oblasti chronobiologie v 90. letech.

Struktura

Nadčasový, N-terminál
Identifikátory
SymbolNADČASOVÝ
PfamPF04821
InterProIPR006906

Délka kódující oblasti Drosophila nadčasový gen je 4029 párů bází, z nichž 1398 aminokyselina protein je transkribován.[6] Gen začíná na konsenzuálním čepičkovém místě před a methionin kodon. Obsahuje 11 exony a 10 introny. V různých Drosophila druh, nadčasový protein TIM obsahuje více vysoce konzervovaných funkčních domén a sekvenci aminokyselin než jeho protějšek, PER (protein kódovaný za). CLD byl nejméně konzervovaný z těchto regionů mezi D. virilis a D. melanogaster.[6] Mezi tyto konzervované části patří: doména interakce PER, doména signál jaderné lokalizace (NLS), cytoplazmatická lokalizační doména (CLD), N-terminál konec (nefunkční) a C-terminál konec.[6] Je také známo, že TIM má základní oblast, která interaguje s PAS doména proteinu PER a centrální kyselé oblasti. V blízkosti N-konce proteinu TIM je také oblast neznámé funkce, která obsahuje sekvenci 32 aminokyselin, která po odstranění způsobí arytmické chování za běhu. U různých druhů Drosophila, jako je D. virilis a D. melanogaster, iniciační methionin pro překlad nadčasový Gen do TIM je na různých místech, s D. virilis start site downstream od startoviště v D. melanogaster.[6]

Nadčasový homology

Časový limit
Identifikátory
OrganismusDrosophila melanogaster
Symboltim-2
UniProtQ8INH7
Timeout, C-terminál (PAB)
4XHT asyr r 250.jpg
Human TIMELESS PAB
Identifikátory
SymbolTIMELESS_C
PfamPF05029
InterProIPR006906

Homolog Drosophila

The nadčasový Gen je podstatnou součástí molekulárních cirkadiánních hodin v Drosophila.[3] Působí jako součást autoregulační zpětnovazební smyčky ve spojení s produktem genu pro per (per), jak je uvedeno ve společných studiích prováděných laboratořemi Michaela W. Younga a Amity Sehgal.[7] Další studie v laboratořích Young, Sehgal, Charles Weitz a Michael Rosbash naznačil, že nadčasový protein (TIM) a doba protein (PER) tvoří heterodimer, který vykazuje cirkadiánní rytmy divokého typu Drosophila.[8][9] Ukázali to také vědci v Rosbashově laboratoři Tim Hladiny mRNA a TIM proteinu mají cirkadiánní rytmy podobné těm z doba (za) mRNA a její produkt.[8][10][11] Experimenty prováděné společně laboratořemi Weitze, Younga a Sehgala 2-hybridní kvasnice dokázal, že TIM se přímo váže na PER.[12] Během podvečera PER a TIM dimerizují a akumulují se. Pozdě v noci dimer cestuje do jádra a inhibuje za a Tim transkripce. V roce 1996 týmy Sehgalu, Ederyho a Younga zjistily, že vystavení světlu vede k degradaci TIM a následně PER.[1][11][13]

Heterodimer PER / TIM negativně reguluje transkripci doba (za) a nadčasový (Tim) geny. V této smyčce negativní zpětné vazby se nejprve v cytoplazmě tvoří heterodimery PER / TIM, akumulují se a poté translokují do jádra.[14] Komplex poté blokuje pozitivní transkripční faktory hodiny (CLK) a cyklus (CYC), čímž potlačuje transkripci za.

Jako součást cirkadiánních hodin nadčasový je nezbytné pro strhávání na cykly světlo-tma (LD). Typická doba období volného chodu Drosophila je 23,9 hodin, což vyžaduje úpravy 24hodinového cyklu životního prostředí.[15] Adaptace nejprve začíná vystavením světlu. Tento proces vede k rychlé degradaci proteinu TIM, což umožňuje organizmům unášet se za úsvitu do cyklů prostředí.[16]

Cirkadiánní hodiny drosophila

Ve cyklech světlo-tma hladina TIM proteinu rychle klesá pozdě v noci / brzy ráno, následovaná podobnými, ale pozvolnějšími změnami hladiny PER proteinu. Degradace TIM je nezávislá na za a jeho protein a uvolňuje PER z komplexu PER / TIM.[8] V některých typech buněk je to fotoreceptorový protein kryptochrom (CRY) se fyzicky asociuje s TIM a pomáhá regulovat degradaci závislou na světle. CRY se aktivuje modrým světlem, které se váže na TIM a označuje jej pro degradaci.[17] To končí PER / TIM represi CLK / CYC zprostředkované transkripce za a Tim geny, umožňující za a Tim mRNA, která má být vytvořena k restartování cyklu.[8]

Tento mechanismus umožňuje unášení much na světelné narážky prostředí. Když Drosophila přijímat světelné vstupy v časné subjektivní noci, degradace TIM vyvolaná světlem způsobí zpoždění akumulace TIM, což vytvoří fázové zpoždění.[17] Když jsou světelné vstupy přijímány v pozdní subjektivní noci, způsobí světelný puls degradaci TIM dříve než za normálních podmínek, což vede k fázovému posunu.[17]

v Drosophila, negativní regulátor PER z komplexu PER / TIM je nakonec degradován a kasein kináza -zprostředkovaný fosforylace cyklu, který umožňuje kolísání genové exprese podle podnětů prostředí. Tyto proteiny zprostředkovávají oscilační expresi transkripčního faktoru VRILLE (VRI), který je vyžadován pro behaviorální rytmiku, za a Tim vyjádření a akumulace PDF (faktor dispergující pigment).[16]

Gryllus bimaculatus (dvoubodový kriket) homolog

Nadčasový se nezdá být zásadní pro oscilaci cirkadiánních hodin u všech druhů hmyzu. V divokém typu Gryllus bimaculatus, Tim mRNA ukazuje rytmickou expresi v LD i DD (cykly tmavá - tmavá) podobnou expresi za, vrcholící během subjektivní noci. Při injekci Tim dvouřetězcová RNA (dstim), Tim Hladiny mRNA byly významně sníženy a jeho cirkadiánní expresní rytmus byl eliminován. Po dstim léčba však u dospělých cvrčků vykazovala jasný pohybový rytmus v konstantní temnotě, s obdobím volného běhu výrazně kratším než u kontrolních cvrčků injikovaných Discosoma sp. Red2 (DsRed2) dsRNA. Tyto výsledky naznačují, že v kriketu Tim hraje určitou roli při jemném doladění doby chodu, ale nemusí být nezbytná pro oscilaci cirkadiánních hodin.[5]

Savčí homolog

V roce 1998 vědci identifikovali myší homolog a lidský homolog Drosophila nadčasový gen.[18] Přesná role TIM u savců je stále nejasná. Nedávné práce na savcích nadčasový (mTim) u myší naznačuje, že gen nemusí hrát u savců stejnou zásadní roli jako u Drosophila jako nezbytná funkce cirkadiánních hodin.[19] Zatímco Tim je vyjádřen v Suprachiasmatické jádro (SCN), o kterém se předpokládá, že je primárním oscilátorem u lidí, jeho transkripce za stálých podmínek rytmicky ne osciluje a protein TIM zůstává v jádru.[19][20]

Cirkadiánní hodiny savců

Nicméně, mTim Ukázalo se, že je nezbytný pro embryonální vývoj u myší, což naznačuje jinou genovou funkci než u myší Drosophila. To naznačuje odchylku mezi hodinami savců a hodinami Drosophila hodiny.[19] Navíc savčí Tim je více ortologický k Tim-2 (Časový limit) paralog z Drosophila Nadčasový samotný gen.[21] Jako tim-2, mamalianské ortology mají C-terminál PARP1 -vázací (PAB) doména. Komplex, který propagují homologní rekombinace Oprava DNA.[22]

The nadčasový Předpokládá se, že protein přímo spojuje buněčný cyklus s cirkadiánním rytmem u savců. V tomto modelu. označované jako „přímé spojení“[23] dva cykly sdílejí klíčový protein, jehož exprese vykazuje cirkadiánní vzor Tim v Drosophila při vytváření cirkadiánního rytmu je dosaženo pomocí Plakat u savců. U savců Plakat a Za přepis aktivuje HODINY /BMAL1 komplex a potlačen komplexem PER / CRY.[24]

Lidé

nadčasový homolog (člověk)
Identifikátory
SymbolNADČASOVÝ
Alt. symbolyhTIM
Gen NCBI8914
HGNC11813
OMIM603887
RefSeqNM_003920
UniProtQ9UNS1
Další údaje
MístoChr. 12 q12-q13

Člověk nadčasový Ukázalo se, že bílkovina (hTIM) je nutná pro produkci výstupu elektrických oscilací suprachiasmatické jádro (SCN), hlavní hodiny řídící všechny cirkadiánní rytmy těla specifické pro tkáně.[25] Tento protein také interaguje s produkty hlavních hodinových genů HODINY, BMAL, PER1, PER2 a PER3.

Sancar a kolegové zkoumali, zda hTIM hraje podobnou roli jako ortology v C. elegans a další druhy kvasinek, o nichž je známo, že hrají důležitou roli v EU buněčný cyklus.[23] Jejich experimenty naznačovaly, že hTIM hraje nedílnou roli v G2 / M a kontrolní body buněčného cyklu uvnitř S.[23] Pokud jde o kontrolní bod G2 / M, hTIM se váže na podjednotku ATRIP ATR - protein kináza citlivá na poškození DNA. Tato vazba mezi hTIM a ATR pak vede k fosforylaci Chk1, což má za následek zastavení buněčného cyklu nebo apoptózu.[23] Tento proces slouží jako důležitá kontrola k zastavení proliferace buněk s poškozením DNA dříve mitotický divize. Role hTIM v kontrolním bodě intra-S je na molekulární úrovni méně jasná; down-regulace hTIM však vede ke zvýšení rychlosti generování replikačních vidlic - dokonce i v případě poškození DNA a dalších regulačních reakcí.[23]

Aktuální výzkum

The Nadčasový Bylo také zjištěno, že tento gen ovlivňuje vývoj onemocnění u lidí. Downregulace nadčasový Gen v buňkách lidského karcinomu vede ke zkrácení telomer, což naznačuje jeho roli při udržování délky telomer. Poškození DNA spojené s telomerem se také zvyšuje v nadčasový vyčerpané buňky, spolu se zpožděním replikace telomer. Swi1 je nadčasovýsouvisející protein, který je vyžadován pro replikaci DNA v oblasti telomer.[26] Toto spojení mezi nadčasový a telomery svědčí o možné asociaci genu s rakovinou.[27]

Substituce polymorfismu jednoho nukleotidu, která vede k transformaci glutamin na arginin v aminokyselinové sekvenci u člověka nadčasový gen nevykazuje žádnou souvislost s tendencemi ráno nebo večer u lidí.[28] To je v souladu s dalším výzkumem, což naznačuje htim není důležité v cirkadiánním rytmu lidí.

Nyní se často zjistí, že nadčasový je nadměrně exprimován v mnoha různých typech nádorů. Ve studii, která používala nadčasové cílení siRNA oliga, následovaná expresní mikropolí celého genomu a síťovou analýzou. Další testování nadčasové down-regulace rychlosti buněčné proliferace buněčné linie rakoviny děložního čípku a prsu. Bylo zjištěno, že zvýšená exprese Timeless byla významně spojena s pokročilejším stadiem nádoru a horší prognózou rakoviny prsu.[29] Podobnost podpisů genové exprese umožnila identifikovat TIMELESS jako potlačovač kinázy Ras -1 (KSR1) a potenciální cíl potřebný pro přežití rakovinných buněk. Nadčasová nadměrná exprese představuje zranitelnost v nádorech řízených Ras, která nabízí potenciální pohled na nové a selektivní cíle nalezené v rakovinách řízených Ras, které lze využít k vývoji selektivních a účinnějších terapeutik.[30]

Viz také

Reference

  1. ^ A b C Panda S, Hogenesch JB, Kay SA (květen 2002). "Cirkadiánní rytmy od much k člověku". Příroda. 417 (6886): 329–35. doi:10.1038 / 417329a. PMID  12015613. S2CID  4410192.
  2. ^ Lin L, Faraco J, Li R, Kadotani H, Rogers W, Lin X, Qiu X, de Jong PJ, Nishino S, Mignot E (srpen 1999). „Porucha spánku u psí narkolepsie je způsobena mutací genu pro hypocretinový (orexinový) receptor 2“. Buňka. 98 (3): 365–76. doi:10.1016 / S0092-8674 (00) 81965-0. PMID  10458611. S2CID  902666.
  3. ^ A b Sehgal A, Price JL, Man B, Young MW (březen 1994). "Ztráta cirkadiánních behaviorálních rytmů a oscilací na RNA v mutantu Drosophila nadčasová". Věda. 263 (5153): 1603–6. doi:10.1126 / science.8128246. PMID  8128246.
  4. ^ Myers MP, Wager-Smith K, Wesley CS, Young MW, Sehgal A (listopad 1995). "Poziční klonování a sekvenční analýza genu pro hodiny Drosophila, nadčasové". Věda. 270 (5237): 805–8. doi:10.1126 / science.270.5237.805. PMID  7481771. S2CID  3211623.
  5. ^ A b Danbara Y, Sakamoto T, Uryu O, Tomioka K (prosinec 2010). „RNA interference nadčasového genu nenarušuje cirkadiánní pohybové rytmy v kriketu Gryllus bimaculatus“. Journal of Insect Physiology. 56 (12): 1738–1745. doi:10.1016 / j.jinsphys.2010.07.002. PMID  20637213.
  6. ^ A b C d Ousley A, Zafarullah K, Chen Y, Emerson M, Hickman L, Sehgal A (únor 1998). „Zachované oblasti nadčasového (tim) hodinového genu v Drosophile analyzovány prostřednictvím fylogenetických a funkčních studií“. Genetika. 148 (2): 815–25. PMC  1459808. PMID  9504927.
  7. ^ Sehgal A, Rothenfluh-Hilfiker A, Hunter-Ensor M, Chen Y, Myers MP, Young MW (listopad 1995). „Rytmické vyjádření nadčasů: základ pro podporu cirkadiánních cyklů v autoregulaci dobových genů“. Věda. 270 (5237): 808–10. doi:10.1126 / science.270.5237.808. PMID  7481772. S2CID  38151127.
  8. ^ A b C d Zeng H, Qian Z, MP Myers, Rosbash M (březen 1996). "Mechanismus unášení světla pro cirkadiánní hodiny Drosophila". Příroda. 380 (6570): 129–35. doi:10.1038 / 380129a0. PMID  8600384. S2CID  239957.
  9. ^ Gekakis N, Saez L, Delahaye-Brown AM, MP Myers, Sehgal A, Young MW, Weitz CJ (listopad 1995). „Izolace nadčasových interakcí s proteinem PER: defektní interakce mezi nadčasovým proteinem a dlouhodobě mutovaným PERL“. Věda. 270 (5237): 811–5. doi:10.1126 / science.270.5237.811. JSTOR  2888932. PMID  7481773. S2CID  39193312.
  10. ^ Hunter-Ensor M, Ousley A, Sehgal A (březen 1996). „Regulace nadčasového proteinu Drosophila naznačuje mechanismus pro resetování cirkadiánních hodin světlem“. Buňka. 84 (5): 677–85. doi:10.1016 / s0092-8674 (00) 81046-6. PMID  8625406. S2CID  15049039.
  11. ^ A b Myers MP, Wager-Smith K, Rothenfluh-Hilfiker A, Young MW (březen 1996). "Světlem indukovaná degradace NADČASU a strhávání cirkadiánních hodin Drosophila". Věda. 271 (5256): 1736–40. doi:10.1126 / science.271.5256.1736. PMID  8596937. S2CID  6811496.
  12. ^ Brody TB. "Genové jméno - nadčasové". Interaktivní muška, Drosophila. Společnost pro vývojovou biologii. Citováno 9. dubna 2015.
  13. ^ Lee C, Parikh V, Itsukaichi T, Bae K, Edery I (březen 1996). "Resetování hodin Drosophila pomocí fotoregulace PER a komplexu PER-TIM". Věda. 271 (5256): 1740–4. doi:10.1126 / science.271.5256.1740. PMID  8596938. S2CID  24416627.
  14. ^ Van Gelder RN (listopad 2006). „Nadčasové geny a jetlag“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 103 (47): 17583–17584. doi:10.1073 / pnas.0608751103. PMC  1693787. PMID  17101961.
  15. ^ Petersen G, Hall JC, Rosbash M (prosinec 1988). „Dobový gen Drosophily nese druhově specifické behaviorální pokyny“. Časopis EMBO. 7 (12): 3939–47. doi:10.1002 / j.1460-2075.1988.tb03280.x. PMC  454986. PMID  3208755.
  16. ^ A b Rothenfluh A, Young MW, Saez L (květen 2000). "Funkce NADČASOVĚ nezávislá pro PERIOD proteiny v hodinách Drosophila". Neuron. 26 (2): 505–14. doi:10.1016 / S0896-6273 (00) 81182-4. PMID  10839368. S2CID  18339087.
  17. ^ A b C Allada R, Chung BY (březen 2010). „Cirkadiánní organizace chování a fyziologie v Drosophile“. Roční přehled fyziologie. 72: 605–24. doi:10,1146 / annurev-physiol-021909-135815. PMC  2887282. PMID  20148690.
  18. ^ Koike N, Hida A, Numano R, Hirose M, Sakaki Y, Tei H (prosinec 1998). "Identifikace savčích homologů nadčasového genu Drosophila, Timeless1". FEBS Dopisy. 441 (3): 427–431. doi:10.1016 / S0014-5793 (98) 01597-X. PMID  9891984. S2CID  32212533.
  19. ^ A b C Gotter AL, Manganaro T, Weaver DR, Kolakowski LF, Possidente B, Sriram S, MacLaughlin DT, Reppert SM (srpen 2000). Msgstr "Bezčasová funkce myši nadčasová". Přírodní neurovědy. 3 (8): 755–756. doi:10.1038/77653. PMID  10903565. S2CID  19234588.
  20. ^ Young MW, Kay SA (září 2001). "Časová pásma: srovnávací genetika cirkadiánních hodin". Genetika hodnocení přírody. 2 (9): 702–715. doi:10.1038/35088576. PMID  11533719. S2CID  13286388.
  21. ^ Benna C, Scannapieco P, Piccin A, Sandrelli F, Zordan M, Rosato E, Kyriacou CP, Valle G, Costa R (červenec 2000). „Druhý nadčasový gen v Drosophile sdílí větší sekvenční podobnost se savčím tim“. Aktuální biologie. 10 (14): R512 – R513. doi:10.1016 / S0960-9822 (00) 00594-7. PMID  10899011. S2CID  36451473.
  22. ^ Xie S, Mortusewicz O, Ma HT, Herr P, Poon RY, Poon RR, Helleday T, Qian C (říjen 2015). „Nadčasové interakce s PARP-1 na podporu opravy homologní rekombinace“. Molekulární buňka. 60 (1): 163–76. doi:10.1016 / j.molcel.2015.07.031. PMID  26344098.
  23. ^ A b C d E Unsal-Kaçmaz K, Mullen TE, Kaufmann WK, Sancar A (duben 2005). „Spojení lidských cirkadiánních a buněčných cyklů nadčasovým proteinem“. Molekulární a buněčná biologie. 25 (8): 3109–16. doi:10.1128 / MCB.25.8.3109-3116.2005. PMC  1069621. PMID  15798197.
  24. ^ Gustafson CL, Partch CL (leden 2015). „Vznikající modely molekulárního základu cirkadiánního časování savců“. Biochemie. 54 (2): 134–49. doi:10.1021 / bi500731f. PMC  4303291. PMID  25303119.
  25. ^ Gillette MU, Tyan SH (01.01.2009). "Cirkadiánní genová exprese v suprachiasmatickém jádru". V Squire LR (ed.). Encyclopedia of Neuroscience. Oxford: Academic Press. str. 901–908. doi:10.1016 / B978-008045046-9.01596-5. ISBN  978-0-08-045046-9.
  26. ^ Gadaleta MC, González-Medina A, Noguchi E (listopad 2016). „Nadčasová ochrana telomer“. Současná genetika. 62 (4): 725–730. doi:10.1007 / s00294-016-0599-x. PMC  5056121. PMID  27068713.
  27. ^ Leman AR, Dheekollu J, Deng Z, Lee SW, Das MM, Lieberman PM, Noguchi E (červen 2012). „Timeless zachovává délku telomer podporováním efektivní replikace DNA prostřednictvím lidských telomer“. Buněčný cyklus. 11 (12): 2337–47. doi:10,4161 / cc.20810. PMC  3383593. PMID  22672906.
  28. ^ Pedrazzoli M, Ling L, Finn L, Kubin L, Young T, Katzenberg D, Mignot E (2000). „Polymorfismus v lidském nadčasovém genu není spojen s denními preferencemi u normálních dospělých.“ Výzkum spánku online. 3 (2): 73–6. PMID  11382904.
  29. ^ Mao Y, Fu A, vůdce D, Zheng T, Chen K, Zhu Y (říjen 2013). „Potenciální role cirkadiánního genu související s rakovinou TIMELESS naznačená profilováním exprese a analýzami in vitro“. Rakovina BMC. 13: 498. doi:10.1186/1471-2407-13-498. PMC  3924353. PMID  24161199.
  30. ^ Clymer BK, Fisher KW, Kelly DL, White MA, Lewis RE (2016-07-22). „Abstract 1252: TIMELESS is a KSR1-like effector of Ras-driven colon tumorigenesis“. Výzkum rakoviny. 76 (Doplněk 14): 1252. doi:10.1158 / 1538-7445.am2016-1252.

Další čtení

externí odkazy