Bílý límec-2 - White Collar-2

The bílý límeček--2 (toaleta-2) gen v Neurospora crassa kóduje protein White Collar-2 (WC-2). WC-2 je a Faktor transkripce GATA nezbytné pro fotorecepci modrého světla a pro regulaci cirkadiánní rytmy v Neurospora. V obou kontextech se WC-2 váže na svéredundantní protějšek Bílý límec-1 (WC-1) PAS domény za vzniku aktivního komplexu bílých límečků (WCC) transkripční faktor.[1]

WCC má v buňce dvě hlavní a odlišné role. Ve světle působí WCC jako fotoreceptor, který zprostředkovává akutní regulaci genů indukovaných světlem zapojených do různých fyziologických procesů, jako je karotenoid (typ pigmentu) biosyntéza a konidiace.[1] V samostatné a odlišné roli ve tmě funguje WCC jako pozitivní prvek v autoregulačním transkripčním překladu smyčka negativní zpětné vazby který řídí cirkadiánní rytmické chování v Neurospora. V této souvislosti WCC reguluje výraz Frekvence (FRQ) gen, hodinový protein indukovaný světlem.[2][3]

Objev

V roce 1959 Pittendrigh et al. objevili biologické rytmy ve vývoji nepohlavních spor ve Španělsku Neurospora. Pozdější experimenty odhalily, že vnitřní období Neurospora byla 22 hodin při 25 ° C a byla teplotně kompenzována. Bylo také zjištěno, že období bylo nutričně kompenzováno a kompenzováno pH. Od té doby, Neurospora se stal vzorovým organismem pro studium cirkadiánních hodin a rytmů.[4]

WC-1 byl poprvé objeven z wc-1 mutant, který inhiboval karotenoid biosyntéza v mycelia ale ne v konidie. Konidie produkují karotenoid konstitutivně a nevyžadují regulaci světlem, na rozdíl od mycelií, které vyžadují světelnou indukci.[5] Tento mutant vytvořil fenotyp, ve kterém tyto kmeny Neurospora rozvinutý konidie s pigmentací, ale bez pigmentace v myceliu. Konidie pak vypadaly, jako by měly kolem konidií nepigmentovaný okraj (nebo bílý límec) mycelií. WC-2 byl později objeven, když druhý mutant způsobil stejný fenotyp jako mutant wc-1.[6] V roce 1982 Perkins a kol. zmapoval všechny genové lokusy Neurospora crassa a lokalizoval wc-2 gen.[7]

Struktura bílkovin

WC-2 je jaderný protein (56 895 Da) složený z 530 aminokyseliny (aa).[8]

WC-2 má a GATA -rodina Zinkový prst (ZnF) Motiv vázající DNA, který umožňuje vázat WCC promotér prvky genů indukovaných světlem, jako je frq. The ZnF Ukázalo se, že oblast WC-2 je velmi podobná oblasti WC-2 WC-1. Zatímco WC-2 a WC-1 jsou shodou 26% identity (47,5% podobnost v sekvenci), tyto oblasti / funkční domény mají ještě vyšší shody identity, v rozmezí od 33-62%.[9] WC-2 má také a PAS doména který umožňuje interakce protein-protein. WC-2 a WC-1 heterodimerizovat pomocí homologní PAS domény za vzniku WCC in vivo.[10]

WCC se váže na různé typy prvků DNA. V pořadateli frq Gen, existují dvě oblasti, které mohou být vázány WCC: distální oblast, která propůjčuje cirkadiánní regulaci frq to je známé jako Clock Box a místo poblíž místa startu transkripce, které poskytuje regulaci světla, známé jako Proximal Light Regulatory Region, nebo PLRE. Hodiny Box i PLRE se podílejí na dosažení maximální indukce světla a hodiny Box jsou nezbytné pro udržení rytmicity ve tmě.[4] Pouze ZnF pro vazbu na PLRE je vyžadována oblast WC-2, zatímco ZnF oblasti obou WC-1 a WC-2 jsou vyžadovány pro vazbu k Clock Boxu.[3]

Funkce v cirkadiánní regulaci

Úloha WC-2

Ukázalo se, že WC-2 je nezbytný jak pro hodiny, tak pro světlo frq. Světlem řízený výraz frq spoléhá na světlo jako vstup, dochází během dne a je zprostředkován PLRE. K výrazům řízeným hodinami dochází v noci za tmy a je zprostředkován samostatnou oblastí frq promotér, Clock Box. Před definitivním vyřazením genů pro WC-1 a WC-2, v literatuře došlo k určitému zmatku kvůli použití alel považovaných za nulové mutanty, ale tato funkce si skutečně zachovala (např. předpokládané WC-2 nulová alela ER33). Definitivní nulové alely wc-1 nebo wc-2 jsou však zcela fotoslepé a arytmické.[11][12]

Pokusy ukázaly, že částečná mutace WC-2 ZnF region vede k částečné indukci frq výraz, zatímco úplný knokaut z ZnF region nevede k žádnému výrazu. Mutanti WC-2 se změněnými ZnF sekvence se nepodařilo vázat na frq promotor přes Clock Box, prvek promotoru DNA. To způsobuje, že je významně narušena jak exprese FRQ, tak aktivita vázání DNA. Proto tyto ZnF oblasti jsou nezbytné pro expresi FRQ ve světelných podmínkách a pro cirkadiánní funkci WCC.[12]

WC-2 hraje zásadní roli při udržování rytmie cirkadiánního kardiostimulátoru houby. wc-2 nulové mutanty zabraňují správnému frq exprese a způsobují arytmicitu v organismu. Částečná ztráta funkce wc-2 alely mění teplotní kompenzaci, vlastnost vnitřních hodin a prodlužují dobu Neurospora jak se teplota zvyšuje.[11] Zatímco WC-1 lze vždy najít v promotorové oblasti frq, WC-2 vstupuje do oblasti promotoru, aby vytvořil WCC a zvýšil výraz frq. WC-2 se poté disociuje, jakmile bude transkripce frq dokončena.[13] Předpokládá se, že CK1 a CK2 jsou kinázy které fosforylují WCC a snižují vazbu WC-2 po povýšení z FRQ během středního subjektivního dne. To bylo stanoveno pomocí experimentů snižujících nebo hasících aktivitu CK1 a / nebo CK2, které vykazovaly zvýšené hladiny vazby WCC na promotor frq.[4]

WC-1 a WC-2 jsou považovány za jediné nepotřebné a neesenciální geny které se podílejí na pozitivní regulaci mechanismů vyvolaných světlem v Neurospora crassa. WC-1 a WC-2 jsou analogické Bmal a Hodiny bílkoviny v Myš a Drosophila cirkadiánní systémy v jejich pozitivních funkcích v cirkadiánních smyčkách.[3][14]

Kmeny delece WC-1 a WC-2 ukazují důkazy o dalších drahách vstupu světla, ale dosud nebyly identifikovány.[13]

Tvorba komplexu bílých límečků (WCC)

WC-1 a WC-2 jsou spojeny dohromady a tvoří komplex bílých límečků (WCC) v kulturách udržovaných ve světle i tmě. Ze dvou proteinů ano WC-1 který ve skutečnosti vnímá světlo. WC-1 je fotoreceptor který se váže flavin adenin dinukleotid (FAD) jako kofaktor ve specializovaném oboru PAS doména známý jako LÁSKA doména. FAD absorbuje modré světlo a iniciuje konformační změnu WC-1, která vede k reakci organismu na světlo. Po vystavení světlu se cysteinový zbytek ve vazebné kapse FAD WC-1 kovalentně váže na FAD, což vede k tomu, že FAD mění svůj vodíkové vazby partner. To vede k dalším strukturálním změnám v rámci WC-1, které nakonec vedou k vydání alfa šroubovice na povrchu WC-1, vystavením interakční domény protein-protein. Potom se předpokládá, že obecné transkripční faktory iniciují genovou expresi, ačkoli přesný mechanismus této interakce není v současnosti znám.[13] Přesto WCC řídí výraz frq gen a další geny závislé na světle. WC-1 se vždy nachází u promotéra frq, takže propagace závisí na vazbě WC-2.[4] Obecný mechanismus interakce mezi WC-1 a WC-2 byl stanoven zkoumáním podobných genů s doménami LOV, jako je VVD (Vivid), další senzor modrého světla používaný pro fotoadaptaci. Vivid reaguje na změny intenzity světla a může umlčet expresi genů souvisejících s WC.[13]

Za světelných podmínek přebírá WCC konformaci L-WCC, heterotrimer skládající se ze dvou WC-1 a jednoho WC-2. V temných podmínkách WCC přijímá a heterodimer konformace (D-WCC) skládající se z WC-1 a WC-2.[1]

Jak je popsáno výše, WCC se váže na promotor genu frq cyklickým způsobem díky fosforylaci WCC, která snižuje hladiny vazby WC-2 na promotor, když je fosforylován. Nejnižší úroveň vazby WC-2 nastává v polovině subjektivního dne.[4]

Aktuální výzkum

Probíhá další výzkum k objasnění mechanismu interakce mezi WC-2 a dalšími transkripčními faktory a také k důkladnému popisu interakce s WC-1 za vzniku komplexu bílých límečků. The Laboratoře Dunlap a Loros provádějí další práce, aby plně porozuměli cirkadiánnímu systému Neurospora crassa a věřte, že to může být první podrobné molekulární porozumění složitému cirkadiánnímu systému.[15]

Viz také

Reference

  1. ^ A b C Liu, Y .; On, Q .; Cheng, P. (10.01.2003). „Fotorecepce v Neurospora: příběh o dvou bílkovinách bílého límečku“. Buněčné a molekulární biologické vědy. 60 (10): 2131–2138. doi:10.1007 / s00018-003-3109-5. ISSN  1420-682X. PMID  14618260. S2CID  19236605.
  2. ^ Baker, Christopher L .; Loros, Jennifer J .; Dunlap, Jay C. (01.01.2012). „Cirkadiánní hodiny Neurospora crassa“. Recenze mikrobiologie FEMS. 36 (1): 95–110. doi:10.1111 / j.1574-6976.2011.00288.x. ISSN  0168-6445. PMC  3203324. PMID  21707668.
  3. ^ A b C Dunlap, Jay C .; Loros, Jennifer J. (2004). „Cirkadiánní systém Neurospora“. Journal of Biological Rhythms. 19 (5): 414–424. doi:10.1177/0748730404269116. PMID  15534321. S2CID  7891271.
  4. ^ A b C d E Dunlap, J. C .; Loros, J.J .; Colot, H.V .; Mehra, A .; Belden, W. J.; Shi, M .; Hong, C.I .; Larrondo, L.F .; Baker, C.L. (01.01.2007). „Cirkadiánní hodiny v Neurosporu: Jak geny a proteiny spolupracují na produkci udržitelného, ​​uchopitelného a kompenzovaného biologického oscilátoru s dobou zhruba jednoho dne“. Cold Spring Harbor Symposia o kvantitativní biologii. 72: 57–68. doi:10,1101 / sqb.2007.72.072. ISSN  0091-7451. PMC  3683860. PMID  18522516.
  5. ^ R W Harding; a W Shropshire, Jr. (01.01.1980). "Fotokontrola biosyntézy karotenoidů". Roční přehled fyziologie rostlin. 31 (1): 217–238. doi:10.1146 / annurev.pp.31.060180.001245.
  6. ^ Purschwitz, J; Müller, S; Kastner, C; Fischer, R (2006). "Vidět duhu: světlo snímající houby". Současný názor v mikrobiologii. 9 (6): 566–571. doi:10.1016 / j.mib.2006.10.011. PMID  17067849.
  7. ^ Perkins, D D; Radford, A; Newmeyer, D; Björkman, M (01.12.1982). „Chromozomální lokusy Neurospora crassa“. Mikrobiologické recenze. 46 (4): 426–570. doi:10.1128 / MMBR.46.4.426-570.1982. ISSN  0146-0749. PMC  281555. PMID  6219280.
  8. ^ „wc-2 - bílkovinný protein 2 - Neurospora crassa (kmen ATCC 24698/74-OR23-1A / CBS 708,71 / DSM 1257 / FGSC 987) - gen a protein wc-2“. www.uniprot.org. Citováno 2017-04-29.
  9. ^ Ballario, P .; Macino, G. (01.01.1997). "Proteiny bílého límečku: PASsing světelného signálu v Neurospora crassa". Trendy v mikrobiologii. 5 (11): 458–462. doi:10.1016 / S0966-842X (97) 01144-X. ISSN  0966-842X. PMID  9402704.
  10. ^ Wu, Cheng (2014-07-21). „Genome-Wide Characterization of Light-Reguled Genes in Neurospora crassa“ (PDF). G3: Geny, genomy, genetika. 4 (9): 1731–1745. doi:10,1534 / g3,114,012617. PMC  4169166. PMID  25053707.
  11. ^ A b Dunlap, Jay (leden 1999). "Molekulární základy pro cirkadiánní hodiny". Buňka. 96 (2): 271–290. doi:10.1016 / S0092-8674 (00) 80566-8. PMID  9988221. S2CID  14991100.
  12. ^ A b Loros, Jennifer J .; Dunlap, Jay C. (2001-01-01). "Genetická a molekulární analýza cirkadiánních rytmů v Neurospora". Roční přehled fyziologie. 63 (1): 757–794. doi:10,1146 / annurev.fyziol.63.1.757. PMID  11181975.
  13. ^ A b C d Schafmeier, Tobias; Diernfellner, Axel C.R. (2011-05-20). "Světelný vstup a zpracování v cirkadiánních hodinách Neurospora". FEBS Dopisy. 585 (10): 1467–1473. doi:10.1016 / j.febslet.2011.03.050. ISSN  1873-3468. PMID  21453703. S2CID  46016250.
  14. ^ Collett, Michael A .; Dunlap, Jay C .; Loros, Jennifer J. (2017-04-14). „Specifické role cirkadiánních hodin pro protein s odezvou na světlo WHITE COLLAR-2“. Molekulární a buněčná biologie. 21 (8): 2619–2628. doi:10.1128 / MCB.21.8.2619-2628.2001. ISSN  0270-7306. PMC  86893. PMID  11283242.
  15. ^ "Lékařská fakulta Geisel :: Dunlap - Loros Lab :: Výzkum". geiselmed.dartmouth.edu. Citováno 2017-04-30.