Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Timeless ( tim ) - это ген у многих видов, но наиболее примечателен своей ролью у Drosophila в кодировании TIM, важного белка, регулирующего циркадный ритм . Вневременная мРНК и белок ритмично колеблются со временем как часть петли отрицательной обратной связи транскрипции-трансляции, включающей ген периода ( per ) и его белок.

Открытие [ править ]

В 1994 году вневременное было открыто в результате прямого генетического скрининга, проведенного Джеффри Л. Прайсом во время работы в лаборатории Майкла У. Янга . [1] Этот ген был обнаружен, когда они заметили аритмичный мутант tim 01 через экран P-элемента . [2] [3] Мутация tim 01 вызвала аритмическое поведение, определяемое отсутствием способности устанавливать правильные циркадные ритмы. [1] В 1995 году вневременной ген был клонирован Амитой Сегал и партнерами в лаборатории Майкла У. Янга. [4] В отличие от дрозофил вневременнойгена, гомологи были обнаружены у других видов, которые не являются необходимыми для циркадного ритма. [5] Открытие Безвременья последовало открытие периода мутантов в 1971 году путем генетического скрининга вперед, клонирование в в 1984 году, и эксперимент , определение того, что перло является циркадным в 1990 году Это произошло в период быстрого роста в области из хронобиология в 1990 - е годы.

Структура [ править ]

Длина кодирующей области гена timeless Drosophila составляет 4029 пар оснований, из которых транскрибируется белок из 1398 аминокислот . [6] Ген начинается с консенсусного кэп-сайта перед кодоном метионина . Он содержит 11 экзонов и 10 интронов . У различных видов дрозофил вневременной белок TIM содержит больше высококонсервативных функциональных доменов и аминокислотных последовательностей, чем его аналог, PER (белок, кодируемый per ). CLD был наименее консервативным из этих регионов между D. virilis и D. melanogaster . [6]Эти консервативные части включают: домен взаимодействия PER, сигнал ядерной локализации (NLS), домен цитоплазматической локализации (CLD), N-концевой конец (нефункциональный) и C-концевой конец. [6] Также известно, что TIM имеет основную область, которая взаимодействует с доменом PAS белка PER, и центральную кислотную область. Также существует область неизвестной функции около N-конца белка TIM, содержащая 32-х аминокислотную последовательность, которая при удалении вызывает аритмическое поведение у мухи. У различных видов Drosophila, таких как D. virilis и D. melanogaster , инициирующий метионин для трансляции вневременногоГен в TIM находится в разных местах, причем стартовый сайт D. virilis ниже стартового сайта D. melanogaster . [6]

Вечные гомологи [ править ]

Гомолог дрозофилы [ править ]

Вне времени гена является важным компонентом молекулярных циркадных часов в дрозофиле . [3] Как было отмечено в совместных исследованиях, проведенных лабораториями Майкла У. Янга и Амиты Сегал, он действует как часть петли ауторегуляторной обратной связи в сочетании с периодом (на) генным продуктом. [7] Дальнейшие исследования лабораторий Янга, Сегала, Чарльза Вейца и Майкла Росбаша показали, что вневременной белок (TIM) и периодический белок (PER) образуют гетеродимер, который демонстрирует циркадные ритмы у дрозофилы дикого типа . [8] [9] Исследователи лаборатории Росбаша также показали, что тимУровни мРНК и уровни белка TIM имеют циркадные ритмы, аналогичные ритмам периодической ( на ) мРНК и ее продукта. [8] [10] [11] Эксперименты, проведенные совместно лабораториями Вейца, Янга и Сегала с использованием 2-гибрида дрожжей, доказали, что TIM напрямую связывается с PER. [12] Ранним вечером PER и TIM димеризуются и накапливаются. Поздно ночью, димер перемещается в ядро , чтобы ингибировать за и тим транскрипции. В 1996 году команды Сегала, Эдери и Янга обнаружили, что воздействие света приводит к деградации TIM, а затем и PER. [1] [11] [13]

Гетеродимер PER / TIM негативно регулирует транскрипцию периодических ( per ) и вневременных ( tim ) генов. В рамках этой петли отрицательной обратной связи сначала гетеродимеры PER / TIM образуются в цитоплазме, накапливаются, а затем перемещаются в ядро. [14] Затем комплекс блокирует часы положительных факторов транскрипции (CLK) и цикл (CYC), тем самым подавляя транскрипцию per .

Как часть циркадных часов, вневременность важна для перехода в циклы свет-темнота (LD). Типичная продолжительность периода автономного бега дрозофилы составляет 23,9 часа, что требует адаптации к 24-часовому циклу окружающей среды. [15] Адаптация сначала начинается с воздействия света. Этот процесс приводит к быстрой деградации белка TIM, позволяя организмам на рассвете вовлекаться в экологические циклы. [16]

Циркадные часы дрозофилы

В циклах свет-темнота уровень белка TIM быстро снижается поздней ночью / ранним утром, после чего следуют аналогичные, но более постепенные изменения уровня белка PER. Распад TIM не зависит от per и его белка и высвобождает PER из комплекса PER / TIM. [8] В некоторых типах клеток фоторецепторный белок криптохром (CRY) физически связывается с TIM и помогает регулировать светозависимую деградацию. CRY активируется синим светом, который связывается с TIM и помечает его на предмет деградации. [17] Это завершает репрессию PER / TIM опосредованной CLK / CYC транскрипции генов per и tim , позволяя per и timмРНК, которая будет произведена для перезапуска цикла. [8]

Этот механизм позволяет мухам привлекать световые сигналы окружающей среды. Когда дрозофила получает свет в начале субъективной ночи, индуцированная светом деградация TIM вызывает задержку накопления TIM, которая создает фазовую задержку. [17] Когда световые потоки принимаются поздней субъективной ночью, световой импульс вызывает ухудшение TIM, которое происходит раньше, чем при нормальных условиях, что приводит к опережению фазы. [17]

У дрозофилы негативный регулятор PER из комплекса PER / TIM в конечном итоге разрушается с помощью цикла фосфорилирования, опосредованного казеинкиназой, что делает возможными колебания в экспрессии генов в соответствии с сигналами окружающей среды. Эти белки опосредуют экспрессию колебательного фактора транскрипции VRILLE (VRI), который требуется для поведенческой ритмичности, в и тиме экспрессии, и накопление PDF (пигмент-диспергирующий фактор). [16]

Gryllus bimaculatus (двупятнистый сверчок) гомолог [ править ]

Безвременье , по-видимому, не является необходимым условием для колебания циркадных часов всех насекомых. В диком типе Gryllus bimaculatus , тим мРНК показывает ритмическое выражение в обоих LD и DD (темно-темные циклы) , подобном на , достигая максимум в течение ночи субъективной. При инъекции двухцепочечной РНК tim ( dstim ) уровни мРНК tim были значительно снижены, и ритм ее циркадной экспрессии был устранен. После dstimОднако взрослые сверчки показали четкий локомоторный ритм в постоянной темноте, с периодом свободного бега, значительно короче, чем у контрольных сверчков, которым вводили Discosoma sp. Red2 (DsRed2) дцРНК. Эти результаты предполагают, что у сверчка Tim играет некоторую роль в точной настройке периода автономной работы, но может не иметь существенного значения для колебаний циркадных часов. [5]

Гомолог млекопитающих [ править ]

В 1998 году исследователи определили мышиный гомолог и человеческий гомолог гена Timeless Drosophila . [18] Точная роль ТИМ у млекопитающих до сих пор неясна. Недавняя работа над вневременным механизмом млекопитающих ( mTim ) у мышей предполагает, что этот ген может не играть такую ​​же важную роль у млекопитающих, как у дрозофилы, в качестве необходимой функции циркадных часов. [19] Хотя Tim экспрессируется в супрахиазматическом ядре (SCN), которое считается основным осциллятором у людей, его транскрипция не колеблется ритмично в постоянных условиях, и белок TIM остается в ядре. [19] [20]

Циркадные часы млекопитающих

Однако показано , что mTim необходим для эмбрионального развития у мышей, что указывает на иную функцию гена, чем у Drosophila . Это предполагает расхождение между часами млекопитающих и часами дрозофилы . [19] Более того, tim млекопитающих более ортологичен паралогу Tim-2 ( Timeout ) гена Timeless у дрозофилы , чем сам ген. [21] Как и tim-2 , ортологи млекопитающих имеют С-концевой PARP1- связывающий домен (PAB). Комплекс, из которого они состоят, способствует восстановлению гомологичной рекомбинации ДНК. [22]

Вневременной белок , как полагают, непосредственно соединить клеточный цикл с циркадный ритм у млекопитающих. В этой модели. называемое «прямым сцеплением» [23], два цикла имеют общий ключевой белок, экспрессия которого демонстрирует циркадный паттерн. Существенная роль Tim у дрозофилы в создании циркадного ритма у млекопитающих выполняется Cry . У млекопитающих транскрипция Cry и Per активируется комплексом CLOCK / BMAL1 и подавляется комплексом PER / CRY. [24]

Люди [ править ]

Было показано, что человеческий вневременной белок (hTIM) необходим для производства электрических колебаний супрахиазматического ядра (SCN), основных часов, управляющих всеми тканевыми циркадными ритмами организма. [25] Этот белок также взаимодействует с продуктами основных часовых генов CLOCK , BMAL , PER1 , PER2 и PER3 .

Санкар и его коллеги исследовали, играет ли hTIM аналогичную роль с ортологами у C. elegans и других типов дрожжей, которые, как известно, играют важную роль в клеточном цикле . [23] Их эксперименты показали, что hTIM играет важную роль в контрольных точках G2 / M и внутри S клеточного цикла. [23] Что касается контрольной точки G2 / M, hTIM связывается с субъединицей ATRIP на ATR - протеинкиназой, чувствительной к повреждению ДНК. Это связывание между hTIM и ATR затем приводит к фосфорилированию Chk1 , что приводит к остановке клеточного цикла или апоптозу. [23]Этот процесс служит важным средством контроля, чтобы остановить распространение клеток с повреждением ДНК до митотического деления. Роль hTIM в контрольной точке внутри S менее ясна на молекулярном уровне; однако подавление hTIM приводит к увеличению скорости генерации репликационных вилок - даже при наличии повреждений ДНК и других регуляторных реакций. [23]

Текущее исследование [ править ]

Timeless ген также обнаружено , что влияние на развитие заболевания у людей. Подавление вневременного гена в клетках карциномы человека приводит к укорочению теломер, что указывает на его роль в поддержании длины теломер. Связанные с теломерами повреждения ДНК также увеличиваются во вневременных истощенных клетках вместе с задержкой репликации теломер. Swi1 - это вневременной белок, который необходим для репликации ДНК в области теломер. [26] Эта связь между вневременным и теломерами указывает на возможную связь гена с раком. [27]

Замена однонуклеотидного полиморфизма, которая приводит к превращению глутамина в аргинин в аминокислотной последовательности вневременного человеческого гена, не обнаруживает ассоциации ни с утренними, ни с вечерними тенденциями у людей. [28] Это согласуется с другими исследованиями, предполагающими, что htim не важен в циркадном ритме человека.

В настоящее время часто обнаруживается, что Timeless чрезмерно экспрессируется во многих различных типах опухолей. В исследовании, в котором использовались олигонуклеотиды siRNA, нацеленные на Timeless , с последующим микрочипом экспрессии всего генома, а также сетевым анализом. Дальнейшее тестирование Timeless подавления скорости пролиферации клеток линии клеток рака шейки матки и груди. Было обнаружено, что повышенная экспрессия Timeless в значительной степени связана с более поздней стадией опухоли и худшим прогнозом рака груди. [29] Сходство в сигнатурах экспрессии генов позволило TIMELESS идентифицировать как киназный супрессор Ras.-1 (KSR1) -подобная и потенциальная мишень, необходимая для выживания раковых клеток. БЕСПЛАТНАЯ сверхэкспрессия представляет собой уязвимость в опухолях, управляемых Ras, которая предлагает потенциальное понимание новых и селективных мишеней, обнаруженных в раковых опухолях, управляемых Ras, которые можно использовать для разработки селективных и более эффективных терапевтических средств. [30]

См. Также [ править ]

  • Ген часов
  • Период гена
  • Супрахиазматическое ядро
  • Осциллирующий ген
  • PDF (ген)

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c Panda S, Hogenesch JB, Kay SA (май 2002 г.). «Циркадные ритмы от мух к человеку». Природа . 417 (6886): 329–35. DOI : 10.1038 / 417329a . PMID  12015613 . S2CID  4410192 .
  2. ^ Лин л, Faraco J, Li R, Kadotani Н, Роджерс Вт, Лин Х, Х Цю, де - Jong PJ, Нишино S, Mignot E (август 1999 г.). «Нарколепсия собак, вызванная нарушением сна, вызвана мутацией в гене рецептора 2 гипокретина (орексина)». Cell . 98 (3): 365–76. DOI : 10.1016 / S0092-8674 (00) 81965-0 . PMID 10458611 . S2CID 902666 .  
  3. ^ а б Сегал А., Прайс Дж. Л., Мэн Б., Янг М. В. (март 1994 г.). «Потеря циркадных поведенческих ритмов и колебаний каждой РНК у мутанта Drosophila вне времени». Наука . 263 (5153): 1603–6. DOI : 10.1126 / science.8128246 . PMID 8128246 . 
  4. Перейти ↑ Myers MP, Wager-Smith K, Wesley CS, Young MW, Sehgal A (ноябрь 1995 г.). «Позиционное клонирование и анализ последовательности гена часов дрозофилы, вне времени». Наука . 270 (5237): 805–8. DOI : 10.1126 / science.270.5237.805 . PMID 7481771 . S2CID 3211623 .  
  5. ^ a b Данбара Y, Сакамото Т., Урю О, Томиока К. (декабрь 2010 г.). «РНК-интерференция вневременного гена не нарушает циркадные локомоторные ритмы у сверчка Gryllus bimaculatus». Журнал физиологии насекомых . 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 (февраль 1998 г.). «Консервативные области гена вневременных (временных) часов у дрозофилы проанализированы с помощью филогенетических и функциональных исследований» . Генетика . 148 (2): 815–25. PMC 1459808 . PMID 9504927 .  
  7. ^ Сегал A, Rothenfluh-Hilfiker А, Хантер-Энсор M, Y Chen, Myers MP, Young MW (ноябрь 1995). «Ритмическое выражение вневременного: основа для продвижения циркадных циклов в период ауторегуляции генов». Наука . 270 (5237): 808–10. DOI : 10.1126 / science.270.5237.808 . PMID 7481772 . S2CID 38151127 .  
  8. ^ a b c d Zeng H, Qian Z, Myers MP, Rosbash M (март 1996). «Механизм захвата света для циркадных часов дрозофилы». Природа . 380 (6570): 129–35. DOI : 10.1038 / 380129a0 . PMID 8600384 . S2CID 239957 .  
  9. ^ Gekakis N, Саез L, Delahaye-Brown AM, Myers MP, Сегал A, Young MW, Вайц CJ (ноябрь 1995). «Изоляция вневременного посредством взаимодействия белков PER: несовершенное взаимодействие между вневременным белком и долгопериодическим мутантом PERL». Наука . 270 (5237): 811–5. DOI : 10.1126 / science.270.5237.811 . JSTOR 2888932 . PMID 7481773 . S2CID 39193312 .   
  10. ^ Hunter-Энсор M, услите A, Сегал A (март 1996). «Регуляция белка дрозофилы вне времени предлагает механизм для сброса циркадных часов с помощью света». Cell . 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 (март 1996). «Индуцированная светом деградация БЕСПЛАТНОГО и увлечение циркадных часов дрозофилы». Наука . 271 (5256): 1736–40. DOI : 10.1126 / science.271.5256.1736 . PMID 8596937 . S2CID 6811496 .  
  12. ^ Brody TB. «Имя гена - вневременное» . Интерактивная муха, дрозофила . Общество биологии развития . Проверено 9 апреля 2015 года .
  13. ^ Ли С, Парихом В, Itsukaichi Т, Баэ К, Эдерите I (март 1996 года). «Сброс часов дрозофилы с помощью световой регуляции PER и комплекса PER-TIM». Наука . 271 (5256): 1740–4. DOI : 10.1126 / science.271.5256.1740 . PMID 8596938 . S2CID 24416627 .  
  14. Van Gelder RN (ноябрь 2006 г.). «Вневременные гены и джетлаг» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 103 (47): 17583–17584. DOI : 10.1073 / pnas.0608751103 . PMC 1693787 . PMID 17101961 .  
  15. ^ Петерсен G, Hall JC, Rosbash M (декабрь 1988). «Периодический ген Drosophila несет в себе видоспецифичные поведенческие инструкции» . Журнал 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 (май 2000 г.). «БЕСПЛАТНАЯ независимая функция для белков PERIOD в часах дрозофилы». Нейрон . 26 (2): 505–14. DOI : 10.1016 / S0896-6273 (00) 81182-4 . PMID 10839368 . S2CID 18339087 .  
  17. ↑ a b c Аллада Р., Чанг BY (март 2010 г.). «Циркадная организация поведения и физиология у дрозофилы» . Ежегодный обзор физиологии . 72 : 605–24. DOI : 10.1146 / annurev-Physiol-021909-135815 . PMC 2887282 . PMID 20148690 .  
  18. ^ Койка N, Хид А, Numano R, Такефус М, Сакаки Y, Тэй Н (декабрь 1998). «Идентификация гомологов гена timeless дрозофилы Timeless1 у млекопитающих» . Письма FEBS . 441 (3): 427–431. DOI : 10.1016 / S0014-5793 (98) 01597-X . PMID 9891984 . S2CID 32212533 .  
  19. ^ a b c Готтер А. Л., Манганаро Т., Уивер Д. Р., Колаковски Л. Ф., Поссиденте Б., Шрирам С., Маклафлин Д. Т., Репперт С. М. (август 2000 г.). «Бесконечная функция мыши вне времени». Природа Неврологии . 3 (8): 755–756. DOI : 10,1038 / 77653 . PMID 10903565 . S2CID 19234588 .  
  20. Перейти ↑ Young MW, Kay SA (сентябрь 2001 г.). «Часовые пояса: сравнительная генетика циркадных часов». Природа Обзоры Генетики . 2 (9): 702–715. DOI : 10.1038 / 35088576 . PMID 11533719 . S2CID 13286388 .  
  21. ^ Бен С, Scannapieco Р, Пиччины А, Сандрелли Ж, Zordan М, Rosato Е, Kyriacou СР, Валле G, Коста - R (июль 2000). «Второй вневременной ген у Drosophila имеет большее сходство последовательностей с тимом млекопитающих». Текущая биология . 10 (14): R512 – R513. DOI : 10.1016 / S0960-9822 (00) 00594-7 . PMID 10899011 . S2CID 36451473 .  
  22. ^ Се S, Mortusewicz О, М НТ, г - н Р, Пуны Р.Я., Пуны РР, Helleday Т, С Цянь (октябрь 2015). «Timeless взаимодействует с PARP-1, способствуя восстановлению гомологичной рекомбинации» . Молекулярная клетка . 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 (апрель 2005 г.). «Соединение циркадных и клеточных циклов человека вневременным белком» . Молекулярная и клеточная биология . 25 (8): 3109–16. DOI : 10.1128 / MCB.25.8.3109-3116.2005 . PMC 1069621 . PMID 15798197 .  
  24. Gustafson CL, Partch CL (январь 2015 г.). «Новые модели молекулярных основ суточного ритма млекопитающих» . Биохимия . 54 (2): 134–49. DOI : 10.1021 / bi500731f . PMC 4303291 . PMID 25303119 .  
  25. Gillette MU, Tyan SH (01.01.2009). «Экспрессия циркадных генов в супрахиазматическом ядре». В Squire LR (ред.). Энциклопедия неврологии . Оксфорд: Academic Press. С. 901–908. DOI : 10.1016 / B978-008045046-9.01596-5 . ISBN 978-0-08-045046-9.
  26. ^ Gadaleta MC, Гонзалес-Medina A, E Ногучи (ноябрь 2016). «Вечная защита теломер» . Текущая генетика . 62 (4): 725–730. DOI : 10.1007 / s00294-016-0599-х . PMC 5056121 . PMID 27068713 .  
  27. ^ Леман А. Р., Dheekollu Дж, Дэн Z, Ли SW, Дас М., Либерман П. М., Ногути Е (июнь 2012). «Timeless сохраняет длину теломер, способствуя эффективной репликации ДНК через теломеры человека» . Клеточный цикл . 11 (12): 2337–47. DOI : 10.4161 / cc.20810 . PMC 3383593 . PMID 22672906 .  
  28. ^ Pedrazzoli МЫ, Лин л, Финн л, Кубин л, Янг Т, Кэценберг Д, Е Миий (2000). «Полиморфизм вневременного гена человека не связан с дневными предпочтениями у нормальных взрослых». Онлайн-исследование сна . 3 (2): 73–6. PMID 11382904 . 
  29. ^ Мао Y, Fu A, D Leaderer, Чжэн T, K Chen, Zhu Y (октябрь 2013 года). «Потенциальная связанная с раком роль циркадного гена TIMELESS, подтвержденная профилированием экспрессии и анализами in vitro» . BMC Рак . 13 : 498. DOI : 10.1186 / 1471-2407-13-498 . PMC 3924353 . PMID 24161199 .  
  30. ^ Clymer BK, Fisher KW, Келли DL, Белый MA, Льюис RE (2016-07-22). "Abstract 1252: TIMELESS является KSR1-подобным эффектором Ras-управляемого туморогенеза толстой кишки". Исследования рака . 76 (14 приложение): 1252. doi : 10.1158 / 1538-7445.am2016-1252 .

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Майерс Дж. С., Кортез Д. (апрель 2006 г.). «Для быстрой активации ATR ионизирующим излучением требуется ATM и Mre11» . Журнал биологической химии . 281 (14): 9346–9350. DOI : 10.1074 / jbc.M513265200 . PMC  1821075 . PMID  16431910 .
  • Houtgraaf JH, Versmissen J, van der Giessen WJ (2006). «Краткий обзор контрольных точек повреждения ДНК и восстановления в клетках млекопитающих». Медицина сердечно-сосудистой реваскуляризации . 7 (3): 165–172. DOI : 10.1016 / j.carrev.2006.02.002 . PMID  16945824 .
  • Старк Г. Р., Тейлор В. Р. (март 2006 г.). «Управление переходом G2 / M». Молекулярная биотехнология . 32 (3): 227–248. DOI : 10.1385 / MB: 32: 3: 227 . PMID  16632889 . S2CID  138087 .
  • О'Коннелл М.Дж., Уолворт, Северная Каролина, Карр А.М. (июль 2000 г.). «Контрольная точка повреждения ДНК в фазе G2». Тенденции в клеточной биологии . 10 (7): 296–303. DOI : 10.1016 / S0962-8924 (00) 01773-6 . PMID  10856933 .

Внешние ссылки [ править ]

  • TIMELESS + белок, + человек по медицинским предметным рубрикам Национальной медицинской библиотеки США (MeSH)
  • HHMI - Модель молекулярных часов дрозофилы
  • Научный журнал Нейробиология