Gen Vasa - Vasa gene

Vasa je RNA vazebný protein s ATP-dependentní RNA helikáza který je členem rodiny proteinů DEAD box. Gen vasa je nezbytný pro zárodečná buňka a byl poprvé identifikován v Drosophila melanogaster,[1] ale od té doby bylo zjištěno, že je konzervován u různých obratlovců a bezobratlých, včetně lidí.[2][3] Protein Vasa se nachází především v zárodečných buňkách embryí a dospělých,[2] kde se podílí na stanovení a funkci zárodečných buněk, stejně jako na multipotentních kmenových buňkách, kde není její přesná funkce známa.[3]


Gen

Gen Vasa je členem DEAD box rodina RNA helikázy v Drosophila melanogaster.[1] Jeho lidský ortolog, Ddx4, se nachází na lidském chromozomu 5q. Je syntetický pro myší chromozom 13, kde se nachází gen myší vasa.[2] Gen je konzervován u mnoha bezobratlých a druhů obratlovců, jako je C. elegans, Xenopus, Zebrafish, ploché červy, echinderms, měkkýši, hlístice, myši a krysy jako důležitá součást údržby a funkce zárodečné linie.[2][3]

Všechny druhy obratlovců, včetně Drosophilamít jen jednu vasu ortolog. C. elegans má však čtyři Vasa geny, z nichž je nezbytný pouze jeden (GLH-1).[4][5]

Všechny DEAD box geny, včetně Vasa, mají 9 konzervovaných sekvenčních motivů.[6] Genová rodina Vasa se vyvinula z události duplikace následované získáním určitých domén.[7] Na počátku vývoje mnohobuněčných zvířat došlo k duplikaci genu DEAD-box souvisejícího s PL10.[8] To mělo za následek, že zvířata měla jak geny Vasa, tak PL10, ale rostliny a houby mají pouze geny PL10 a žádnou Vasu.[7] Po události duplikace získala N-koncová oblast domény Zn-knuckle, které jsou nyní konzervovány u bezobratlých. Obratlovci i hmyz ztratili domény Zn-knuckle. Počet těchto domén se u různých druhů genů Vasa liší. Důležitá vlastnost Zn-kloubů, kterou lze kategorizovat jako klasickou zinkové prsty,[9] je, že jsou schopni vázat se na jedno nebo dvouvláknovou DNA nebo RNA.[10] Přítomnost Zn-kloubů u bezobratlých a absence u obratlovců může být známkou rozdílů v cílových vazebných místech. Jejich přítomnost může být důležitá pro funkce mimo vývoj zárodečných linií. Výjimkou z této teorie je přítomnost Zn-kloubů ve všech čtyřech genech C. elegans Vasa, které jsou omezeny na funkce v zárodečné linii.[11]

Protein

Proteinový produkt u lidí má 724 aminokyselin, molekulovou hmotnost 79 kDa a 8 konzervovaných domén ve všech proteinech DEAD-box, které se podílejí na aktivitě RNA helikázy. Doména V obsahuje DEAD motiv.[12] Stejně jako u jiných proteinů souvisejících s Vasa má lidská Vasa N konec bohatý na glycin a opakování motivů RGG, které fungují při vazbě RNA.[13]

Vasa je regulována na úrovni transkriptu a bílkovin. Vyvíjející se embrya a dospělí regulují expresi Vasa do specifických míst buněk a tkání. V Drosophile dochází k zygotické transkripci Vasy v pólových buňkách a zůstává specifické pro zárodečnou linii po celý život organismu.[14]

Promotor Vasa je regulován methylací. V buňkách, kde byla Vasa úspěšně transkribována, je promotor hypomethylován a ve všech ostatních buňkách je methylován.[14] Pokud je Vasa hypermethylovaná ve varlatech, mohou se objevit defekty spermatogeneze.[15]

Post-transkripčně má Vasa několik spojovacích forem u různých zvířat.[16][17] v P. hawaiensis „Vasa transkript je rovnoměrně distribuován v embryu a je lokalizován v závislosti na stabilizaci 3’UTR (Nepřeložený region k buňkám zárodečné linie.[18] Překlad může být inhibován cis regulačními prvky v 5 'a 3' UTR transkriptu. Mohou inhibovat translaci tvorbou sekundárních struktur RNA nebo vazbou trans-působících faktorů. Lokalizace exprese Vasa je směrována represí těchto translačních inhibičních drah.[19]

Posttranslačně, v Drosophila„Vasa protein je během embryonálního vývoje lokalizován do pólové plazmy. Mnoho dalších proteinů v Drosophila jsou také lokalizovány k pólům. Například bylo zjištěno, že protein Oskar se lokalizuje do pólové plazmy a může se podílet na ukotvení Vasy k polárním granulím v zadním pólu oocytu.[20] Další enzym, tukové fazety, může dále stabilizovat Vasu v pólové plazmě.[21] Další posttranslační modifikace zahrnuje fosforylaci Vasa ortologu v C. elegans,[22] a methylace argininu v konzervované oblasti myší, Xenopus a Drosophila Vasa geny.[23]

Funkce

Jednou z hlavních funkcí proteinu Vasa je stanovení a funkce zárodečných buněk.[2] Využívá katalytickou aktivitu RNA helikázy závislou na ATP k regulaci translace více mRNA.[24] Vasa odvíjí duplexní RNA navázáním a ohnutím krátkých úseků duplexu neprocesivním způsobem.[25][26] Konzervovaná doména může působit jako chaperony odvíjením sekundárních struktur RNA a správným přeložením.[27] sestřih pre-mRNA, biogeneze ribozomu, jaderný export, translační regulace a degradace.[6]

Bylo zjištěno, že Vasa váže RNA sekvenčně specifickým způsobem. V embryích Drosophila váže Vasa na Uracil bohatý motiv mei-P26 UTR. Mutace ve Vase snížila interakci mezi Mei-P26 a iniciačním faktorem elF58, což zase významně snížilo translaci genu.[28]

Nedávné důkazy o bezobratlých zjistily, že Vasa hraje roli v multipotentních kmenových buňkách, ale přesná funkce není známa.[3]

Mutace

Drosophila

Nulová mutace způsobuje ženskou sterilitu v důsledku závažných defektů v oogenezi[29] ale muži jsou plodní.

Homozygotní mutace pro částečnou ztrátu funkce umožňují oplodnění vajíček, ale embryím chybí zárodečné buňky.[8]

Mus musculus

Mutace ve Vasa homologu, Mvh, způsobují poruchy spermatogeneze, ale ženy jsou plodné. Mužská sterilita může být způsobena nedostatky v proliferaci a diferenciaci zárodečných buněk (myší homolog Droso.). Plodnost žen může být způsobena funkční nadbytečností ostatních členů rodiny DEAD-box. Nulová mutace stále umožňuje tvorbu prvotních zárodečných buněk, ale mají závažné defekty.[30]

Homo sapiens

Ačkoli nejsou provedeny žádné studie mutací Vasa u lidí, je pravděpodobné, že by to způsobilo sterilitu.[2]

Tyto fenotypy specifické pro pohlaví u myší a Drosophila mutanti naznačují, že Vasa buď regulovala odlišně, nebo má různé cílové funkce ve dvou typech zárodečných linií.[3]

Tkáň a subcelulární distribuce

Exprese Vasa je omezena na tkáňově specifické buňky. Až donedávna se předpokládalo, že protein Vasa lze nalézt pouze v gametách a je nezjistitelný v somatických buňkách.[2] V zárodečných buňkách je Vasa exprimována v cytoplazmě. Během embryogeneze je Vasa exprimována v migračních primordiálních zárodečných buňkách (PGC) na hřebeni gonád u mužů i žen. Tato specifičnost umožňuje, aby byla Vasa použita jako vysoce specifický marker pro zárodečné buňky.[2] U pacienta s Syndrom Sertoliho buněk, z biopsie varlat nebyl detekován žádný signál Vasa.[2] Nedávné studie však ukazují, že Vasa funguje i v jiných buňkách.[3]

Studie o Macrostomum lignano našel výraz Vasa jako multipotentní neoblast kmenové buňky kromě zárodečných buněk.[16] Nicméně, Přerušení RNAi odhalili, že buď Vasa není v tomto organismu nezbytná, nebo je funkčně nadbytečná jinými geny podobnými Vase. Podobné výsledky byly nalezeny při studiích koloniálního ascidianu Botryllus primigenus,[31] ústřice,[32] teleosts,[33] drápá žába,[34] parazitická vosa,[35] a korýši Parhyale hawaiensis.[18]

Exprese Vasa byla pozorována v epitelových buňkách rakoviny vaječníků. Bylo zjištěno, že odradí kontrolní bod G2 indukovaný poškozením DNA snížením regulace exprese jiného genu.[36] Vasa je také přítomna v kuřecích embryonálních kmenových buňkách, kde indukuje expresi genů zárodečné linie. Tato funkce stále podporuje nejdůležitější roli Vasy ve vývoji zárodečných linií.[37] v Cnidarians „Vasa hraje roli v nervových buňkách a buňkách žláz.[38] Mezi další příklady patří Vasa v clusteru multipotentních kmenových buněk Polyascus polygenea pupeny a stolon,[39] Vasa v pomocných buňkách vaječníků ústřice,[40] Vasa v liniích bez zárodků u šneka Ilyanassa,[41] Vasa v progenitorové mezodermální zadní růstové zóně polychaete annelid Platynereis dumerilii,[17] a Vasa jsou přítomni v negenetických segmentech Oligochaete rozvoj.[42] Ale žádné zprávy o vase vyjádřené mimo buňky zárodečné linie v obratlovců nebo hmyz.[3]

Výraz

v Drosophila, vasa exprese je patrná v zárodečných buňkách, konkrétně v zárodečných kmenových buňkách (GSC) ženských vaječníků a v raných stádiích spermatogensis v mužském varlete.

Barvení

Vzhledem k lokalizaci vasa, imunohistochemie barvení lze provést pomocí vasy protilátky. Například, vasa barvení protilátek je specifické pro zárodečné kmenové buňky v D. melanogaster germarium.

Tento protein je lokalizován v cytoplazmě zárodečných buněk plodu a v cytoplazmě vyvíjejících se oocytů u savců.

Reference

  1. ^ A b Raz E (2000). „Funkce a regulace genů podobných vase ve vývoji zárodečných buněk“. Genome Biology. 1 (3): RECENZE 1017. doi:10.1186 / gb-2000-1-3-reviews1017. PMC  138859. PMID  11178242.
  2. ^ A b C d E F G h i Castrillon DH, Quade BJ, Wang TY, Quigley C, Crum CP (srpen 2000). „Lidský gen VASA je specificky exprimován v linii zárodečných buněk“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 97 (17): 9585–90. doi:10.1073 / pnas.160274797. PMC  16908. PMID  10920202.
  3. ^ A b C d E F G Gustafson EA, Wessel GM (červenec 2010). „Vasa geny: vznikající role v zárodečné linii a v multipotentních buňkách“. BioEssays. 32 (7): 626–37. doi:10.1002 / bies.201000001. PMC  3090673. PMID  20586054.
  4. ^ Kuznicki KA, Smith PA, Leung-Chiu WM, Estevez AO, Scott HC, Bennett KL (červenec 2000). „Kombinatorická RNA interference naznačuje, že GLH-4 může kompenzovat GLH-1; tyto dvě složky P granulí jsou rozhodující pro plodnost u C. elegans.“ Rozvoj. 127 (13): 2907–16. PMID  10851135.
  5. ^ Spike C, Meyer N, Racen E, Orsborn A, Kirchner J, Kuznicki K, Yee C, Bennett K, Strome S (duben 2008). „Genetická analýza rodiny GLH Caenorhabditis elegans proteinů P-granulí“. Genetika. 178 (4): 1973–87. doi:10.1534 / genetika.107.083469. PMC  2323790. PMID  18430929.
  6. ^ A b Linder P (2006). „Proteiny mrtvého boxu: rodinná záležitost - aktivní a pasivní hráči v remodelaci RNP“. Výzkum nukleových kyselin. 34 (15): 4168–80. doi:10.1093 / nar / gkl468. PMC  1616962. PMID  16936318.
  7. ^ A b Mochizuki K, Nishimiya-Fujisawa C, Fujisawa T (červen 2001). "Univerzální výskyt genů souvisejících s vasa mezi metazoany a jejich zárodečná exprese v Hydře". Vývojové geny a evoluce. 211 (6): 299–308. doi:10.1007 / s004270100156. PMID  11466525.
  8. ^ A b Schüpbach T, Wieschaus E (červenec 1986). „Mutace působící na matku, které mění předozadní vzorec embrya Drosophila“. Rouxovy archivy vývojové biologie. 195 (5): 302–317. doi:10.1007 / bf00376063. PMID  28306055.
  9. ^ Gamsjaeger R, Liew CK, Loughlin FE, Crossley M, Mackay JP (únor 2007). „Lepkavé prsty: zinkové prsty jako motivy rozpoznávající bílkoviny“. Trendy v biochemických vědách. 32 (2): 63–70. doi:10.1016 / j.tibs.2006.12.007. PMID  17210253.
  10. ^ Rajavashisth TB, Taylor AK, Andalibi A, Svenson KL, Lusis AJ (srpen 1989). "Identifikace proteinu se zinkovým prstem, který se váže na regulační prvek sterolu". Věda. 245 (4918): 640–3. doi:10.1126 / science.2562787. PMID  2562787.
  11. ^ Gruidl ME, Smith PA, Kuznicki KA, McCrone JS, Kirchner J, Roussell DL, Strome S, Bennett KL (listopad 1996). „Několik potenciálních zárodkových helikáz je součástí zárodkových linií specifických P granulí Caenorhabditis elegans“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 93 (24): 13837–42. doi:10.1073 / pnas.93.24.13837. PMC  19442. PMID  8943022.
  12. ^ Castrillon DH, Quade BJ, Wang TY, Quigley C, Crum CP (srpen 2000). „Lidský gen VASA je specificky exprimován v linii zárodečných buněk“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 97 (17): 9585–90. doi:10.1073 / pnas.160274797. PMC  16908. PMID  10920202.
  13. ^ Lüking A, Stahl U, Schmidt U (1998). "Rodina proteinů RNA helikáz". Kritické recenze v biochemii a molekulární biologii. 33 (4): 259–96. doi:10.1080/10409239891204233. PMID  9747670.
  14. ^ A b Kitamura E, Igarashi J, Morohashi A, Hida N, Oinuma T, Nemoto N, Song F, Ghosh S, Held WA, Yoshida-Noro C, Nagase H (březen 2007). „Analýza tkáňově specifických diferenciálně methylovaných oblastí (TDM) u lidí“. Genomika. 89 (3): 326–37. doi:10.1016 / j.ygeno.2006.11.006. PMC  1847344. PMID  17188838.
  15. ^ Sugimoto K, Koh E, Sin HS, Maeda Y, Narimoto K, Izumi K, Kobori Y, Kitamura E, Nagase H, Yoshida A, Namiki M (srpen 2009). „Tkáňově specifické diferenciálně methylované oblasti lidského genu VASA jsou potenciálně spojeny s fenotypem zastavujícím zrání ve varlatech“. Journal of Human Genetics. 54 (8): 450–6. doi:10.1038 / jhg.2009.59. PMID  19629140.
  16. ^ A b Pfister D, De Mulder K, Hartenstein V, Kuales G, Borgonie G, Marx F, Morris J, Ladurner P (červenec 2008). "Kmenové buňky plochého červu a zárodečná linie: vývojové a evoluční důsledky exprese macvasa v Macrostomum lignano". Vývojová biologie. 319 (1): 146–59. doi:10.1016 / j.ydbio.2008.02.045. PMID  18405892.
  17. ^ A b Rebscher N, Zelada-González F, Banisch TU, Raible F, Arendt D (červen 2007). „Vasa odhaluje společný původ zárodečných buněk a somatických kmenových buněk ze zadní růstové zóny v mnohoštětinatce Platynereis dumerilii.“ Vývojová biologie. 306 (2): 599–611. doi:10.1016 / j.ydbio.2007.03.521. PMID  17467683.
  18. ^ A b Ozhan-Kizil G, Havemann J, Gerberding M (březen 2009). „Zárodečné buňky v korýši Parhyale hawaiensis závisí na proteinu Vasa, pokud jde o jejich údržbu, ale nikoli o jejich tvorbu.“ Vývojová biologie. 327 (1): 230–9. doi:10.1016 / j.ydbio.2008.10.028. PMID  19013453.
  19. ^ Chatterjee S, Pal JK (květen 2009). „Role 5'- a 3'-nepřekládaných oblastí mRNA při lidských onemocněních“. Biologie buňky. 101 (5): 251–62. doi:10.1042 / BC20080104. PMID  19275763.
  20. ^ Breitwieser W, Markussen FH, Horstmann H, Ephrussi A (září 1996). „Interakce proteinu Oskar s Vasa představuje zásadní krok v sestavení polárních granulí“. Geny a vývoj. 10 (17): 2179–88. doi:10.1101 / gad.10.17.2179. PMID  8804312.
  21. ^ Liu N, Dansereau DA, Lasko P (říjen 2003). „Tukové aspekty interagují s vasa v plazmě pólu Drosophila a chrání ji před degradací“. Aktuální biologie. 13 (21): 1905–9. doi:10.1016 / j.cub.2003.10.026. PMID  14588248.
  22. ^ Orsborn AM, Li W, McEwen TJ, Mizuno T, Kuzmin E, Matsumoto K, Bennett KL (září 2007). „GLH-1, protein z granulí C. elegans P, je řízen JNK KGB-1 a podjednotkou COP9 CSN-5“. Rozvoj. 134 (18): 3383–92. doi:10,1242 / dev.005181. PMID  17699606.
  23. ^ Kirino Y, Vourekas A, Kim N, de Lima Alves F, Rappsilber J, Klein PS, Jongens TA, Mourelatos Z (březen 2010). „Argininová methylace proteinu vasa je konzervována napříč kmenem“. The Journal of Biological Chemistry. 285 (11): 8148–54. doi:10.1074 / jbc.M109.089821. PMC  2832966. PMID  20080973.
  24. ^ Carrera P, Johnstone O, Nakamura A, Casanova J, Jäckle H, Lasko P (leden 2000). "VASA zprostředkovává překlad prostřednictvím interakce s homologem Drosophila yIF2". Molekulární buňka. 5 (1): 181–7. doi:10.1016 / s1097-2765 (00) 80414-1. hdl:11858 / 00-001M-0000-0012-F80E-6. PMID  10678180.
  25. ^ Sengoku T, Nureki O, Nakamura A, Kobayashi S, Yokoyama S (duben 2006). „Strukturální základ pro odvíjení RNA proteinem DEAD-box Drosophila Vasa“. Buňka. 125 (2): 287–300. doi:10.1016 / j.cell.2006.01.054. PMID  16630817.
  26. ^ Linder P, Lasko P (duben 2006). „Ohnuté z formy: RNA se odvíjí pomocí DEAD-box helikázy Vasa“. Buňka. 125 (2): 219–21. doi:10.1016 / j.cell.2006.03.030. PMID  16630807.
  27. ^ Lorsch JR (červen 2002). „Existují chaperony RNA a DEAD boxové proteiny dostanou život“. Buňka. 109 (7): 797–800. doi:10.1016 / s0092-8674 (02) 00804-8. PMID  12110176.
  28. ^ Liu N, Han H, Lasko P (prosinec 2009). „Vasa podporuje diferenciaci zárodečných kmenových buněk Drosophila aktivací translace mei-P26 přímou interakcí s motivem (U) -rich v jeho 3 'UTR“. Geny a vývoj. 23 (23): 2742–52. doi:10.1101 / gad.1820709. PMC  2788330. PMID  19952109.
  29. ^ Styhler S, Nakamura A, Swan A, Suter B, Lasko P (květen 1998). „vasa je nutná pro akumulaci GURKEN v oocytu a podílí se na diferenciaci oocytů a vývoji zárodečných cyst“. Rozvoj. 125 (9): 1569–78. PMID  9521895.
  30. ^ Tanaka SS, Toyooka Y, Akasu R, Katoh-Fukui Y, Nakahara Y, Suzuki R, Yokoyama M, Noce T (duben 2000). „Pro vývoj mužských zárodečných buněk je nutný myší homolog Drosophila Vasa“. Geny a vývoj. 14 (7): 841–53. PMC  316497. PMID  10766740.
  31. ^ Mukai H, Watanabe H (březen 1976). "Studie o tvorbě zárodečných buněk ve sloučenině ascidian Botryllus primigenus Oka". Journal of Morphology. 148 (3): 377–62. doi:10.1002 / jmor.1051480306. PMID  943552.
  32. ^ Fabioux C, Corporeau C, Quillien V, Favrel P, Huvet A (květen 2009). „In vivo interference RNA v ústřici - umlčení vasy inhibuje vývoj zárodečných buněk“. FEBS Journal. 276 (9): 2566–73. doi:10.1111 / j.1742-4658.2009.06982.x. PMID  19476495.
  33. ^ Miyake A, Saito T, Kashiwagi N, Ando D, Yamamoto A, Suzuki T, Nakatsuji N, Nakatsuji T (2006). „Klonování a vzor exprese genu shiro-uo vasa během embryogeneze a jeho role ve vývoji PGC“. International Journal of Developmental Biology. 50 (7): 619–25. doi:10.1387 / ijdb.062172am. PMID  16892175.
  34. ^ Ikenishi K, Tanaka TS (říjen 1997). „Zapojení proteinu homologu Xenopus vasa (Xenopus vasa-like gen 1, XVLG1) do diferenciace primordiálních zárodečných buněk“. Vývoj, růst a diferenciace. 39 (5): 625–33. doi:10.1046 / j.1440-169x.1997.t01-4-00010.x. PMID  9338598.
  35. ^ Zhurov V, Terzin T, Grbić M (prosinec 2004). „Brzy blastomera určuje proliferaci embryí a osud kasty v polyembryonální vosě“. Příroda. 432 (7018): 764–9. doi:10.1038 / nature03171. PMID  15592416.
  36. ^ Hashimoto H, Sudo T, Mikami Y, Otani M, Takano M, Tsuda H, Itamochi H, Katabuchi H, Ito M, Nishimura R (listopad 2008). „Protein VASA specifický pro zárodečné buňky je nadměrně exprimován v epiteliálním karcinomu vaječníků a narušuje kontrolní bod G2 způsobený poškozením DNA“. Gynekologická onkologie. 111 (2): 312–9. doi:10.1016 / j.ygyno.2008.08.014. PMID  18805576.
  37. ^ Lavial F, Acloque H, Bachelard E, Nieto MA, Samarut J, Pain B (červen 2009). „Ektopická exprese Cvh (homolog Chicken Vasa) zprostředkovává přeprogramování kuřecích embryonálních kmenových buněk na osud zárodečných buněk“. Vývojová biologie. 330 (1): 73–82. doi:10.1016 / j.ydbio.2009.03.012. PMID  19324033.
  38. ^ Bosch TC, David CN (květen 1987). „Kmenové buňky Hydra magnipapillata se mohou diferencovat na somatické buňky a buňky zárodečné linie“ (PDF). Vývojová biologie. 121 (1): 182–191. doi:10.1016/0012-1606(87)90151-5.
  39. ^ Shukalyuk AI, Golovnina KA, Baiborodin SI, Gunbin KV, Blinov AG, Isaeva VV (únor 2007). "geny související s vasa a jejich exprese v kmenových buňkách koloniálního parazitického rhizocephalan barnacle Polyascus polygenea (Arthropoda: Crustacea: Cirripedia: Rhizocephala)". Cell Biology International. 31 (2): 97–108. doi:10.1016 / j.cellbi.2006.09.012. PMID  17085060.
  40. ^ Fabioux C, Pouvreau S, Le Roux F, Huvet A (březen 2004). „Gen podobný ústřici vasa: specifický marker zárodečné linie v Crassostrea gigas“. Sdělení o biochemickém a biofyzikálním výzkumu. 315 (4): 897–904. doi:10.1016 / j.bbrc.2004.01.145. PMID  14985097.
  41. ^ Swartz SZ, Chan XY, Lambert JD (únor 2008). "Lokalizace mRNA Vasa během raného štěpení šneka Ilyanassa". Vývojové geny a evoluce. 218 (2): 107–13. doi:10.1007 / s00427-008-0203-6. PMID  18214533.
  42. ^ Oyama A, Shimizu T (říjen 2007). "Přechodný výskyt buněk exprimujících vasa v negenitálních segmentech během embryonálního vývoje v oligochaete annelid Tubifex tubifex". Vývojové geny a evoluce. 217 (10): 675–90. doi:10.1007 / s00427-007-0180-1. hdl:2115/30348. PMID  17851685.