Məlumat

PAX zülallarının etimologiyası

PAX zülallarının etimologiyası


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

İlk tapılan zülalların adlandırılmasının səbəbi nədir Drosophila qoşalaşmış qutu kimi? İnternetdə tapdığım tək şey onun ilk dəfə tapıldığıdır Drosophila qoşalaşmış domeni olan bir zülal kimi, lakin onunla birlikdə qutu termini haqqında heç nə tapa bilmədim. Zəhmət olmasa kimsə həmin zülalın adındakı qoşalaşmış və qutu şərtlərini qeyd edə bilərmi?


InterPro-ya görə, qoşalaşmış domen əlaqələndirici ilə ayrılmış qoşalaşmış N-terminal və C-terminal alt domenlərindən ibarət DNT-ni bağlayan elementdir. PAX zülalları bu motivi izləyir və buna görə də adətən spiral-dönmə-heliks transkripsiya faktorları sinfini təmsil edir.

Qutu burada daha maraqlı termindir. Genetikada a Qutu genin hər hansı tənzimləyici elementini, o cümlədən onun promotorunu, UTR-ləri və hər hansı gücləndirici və ya səsboğucu elementləri təsvir etmək üçün istifadə edilə bilər. Daha sərbəst şəkildə genin kodlaşdırma seqmentlərini təsvir etmək üçün qutudan istifadə edirlər, lakin köhnə nəşrlərdə.

Drosophila'ya qayıdarkən, embriogenezdə aparılan araşdırmalar əvvəlcə bir protein adlı bir protein təyin etdi qoşalaşmış, a.k.a. prd. Məməli transkripsiya faktorları ilə bağlı homoloji tədqiqatlar insan HUP transkripsiya faktorlarında prd kimi domenin mövcudluğunu aşkar etdi və bunların adı PAX (ref) olaraq dəyişdirildi. Beləliklə, PAX ailəsinin zülallarının adlandırılması klassik olaraq a-nın yoxluğunu bildirir PRD tənzimləyici element, lakin a üçün kodlaşdırma bölgəsi prd-gen məhsulunda domen kimi.


Digər cavaba əlavə olaraq, aşağıda bu genlərin adlandırılması ilə bağlı bəzi tarixi kontekst var.


1980 oktyabr: Cüt qaydalı genlərin kəşfi Drosophila.

Nusslein-Volhard C, Wieschaus E. 1980. Seqment sayına və polariteyə təsir edən mutasiyalar Drosophila. Təbiət 287:795-801.

Biz zigotik genomdan asılı olaraq seqmental modelə təsir edən mutasiyaların sistematik axtarışını həyata keçirmişik... [cüt qaydalı mutantlarda] nümunənin homoloji hissələri hər bir digər seqmentdə silinir.


1986 may: İzolyasiya qoşalaşmış gen içində Drosophila.

Kilchherr F, Baumgartner S, Bopp D, Frei E, Noll M. 1986. İzolyasiya qoşalaşmış gen Drosophila və erkən embriogenez zamanı onun məkan ifadəsi.

Burada cüt qayda geninin təcrid olunmasını bildiririk qoşalaşmış (prd)… Transkriptləri prd gec sinsitial blastoderm zamanı iki seqmentli dövriliyi əks etdirən yeddi bərabər aralıklı zolaqdan ibarət bir nümunə nümayiş etdirir ...


1986 dekabr: Cütlənmiş qutu domeninin xarakteristikası qoşalaşmış.

Bopp D, Burri M, Baumgartner S, Frigerio G, Noll M. 1986. Seqmentasiya Genində Böyük Protein Sahəsinin Konservasiyası qoşalaşmış və Drosophila'nın Funksional Əlaqəli Genlərində. Hüceyrə 47: 1033-1040.

… biz burada göstəririk ki prd gen, homeo domenindən təxminən iki dəfə böyük olan üçüncü bir domen ehtiva edir, qoşalaşmış qutu...


1988 may: Təsvir etmək üçün Pax abbreviaturasından ilk istifadə paəsəbiləşdimx siçan homoloqlarını ehtiva edir qoşalaşmış.

Deutsch U, Dressler GR, Griss P. 1988. Pax 1, Qoşalaşmış Qutunun Homoloji Sıçan Geni Ailəsinin Üzvü, İnkişaf zamanı Seqmentləşdirilmiş Strukturlarda İfadə Edilir. Hüceyrə 53:617-625.

Siçan qoşalaşmış qutu homoloqlarını təcrid etmək məqsədi ilə siçan qoşalaşmış qutu ardıcıllığı (Pax 1) hər üç məlum Drosophila qoşalaşmış qutu geninə geniş nukleotid və amin turşusu ardıcıllığı homologiyasını göstərən müəyyən edilmişdir.


Digər cavabın şərhinə cavab olaraq:

Qoşalaşmış qutu DNT ardıcıllığına/motivinə aiddir. Həqiqi qoşalaşmış domen bəzi transkripsiya faktorlarında mövcud olan DNT bağlama motividir. prd-dən qoşalaşmış domenin kristal quruluşu həll edildi. PDB: 1PDN. Gözlənildiyi kimi, o, həqiqətən qutu kimi görünmür.

Xu W, Rould MA, Jun S, Desplan C, Pabo CO. 1995. 2,5 Å rezolyusiyada qoşalaşmış domen-DNT kompleksinin kristal quruluşu Pax inkişaf mutasiyalarının struktur əsasını ortaya qoyur. Hüceyrə 80:639-650.


Opsin

Opsins torlu qişanın fotoreseptor hüceyrələrində olan xromofor retinası (və ya bir variant) vasitəsilə işığa həssas edilən zülallar qrupudur. Beş klassik opsin qrupu görmə ilə məşğul olur, işığın fotonunun elektrokimyəvi siqnala çevrilməsinə vasitəçilik edir, vizual ötürülmə kaskadında ilk addımdır. Məməlilərin tor qişasında olan başqa bir opsin, melanopsin sirkadiyalı ritmlərdə və göz bəbəklərinin refleksində iştirak edir, lakin görmədə iştirak etmir.


Əlaqədar Məlumat

Pax-6 beyin və göz inkişafını tənzimləyən təkamüllə qorunan transkripsiya faktorudur. Daha əvvəl dörd Pax-6 izoforması bildirilmişdi. Baxmayaraq ki, daha uzun Pax-6 izoformları (p46 və p48) iki DNT bağlayan domen, qoşalaşmış domen (PD) və homeodomain (HD), daha qısa Pax-6 izoformu p32 yalnız DNT bağlaması üçün HD ehtiva edir. Bütün Pax-6 izoformalarının C ucunda olan üçüncü bir sahə olan prolin, serin və treoninlə zənginləşdirilmiş aktivləşdirmə (PST) domeni fosforlaşma yolu ilə onların transkripsiya modulyasiyasına vasitəçilik etsə də, p32 Pax-6 hədəf genləri necə tənzimləyə bilər? aydınlaşdırılıb. Bu işdə biz K91-də sumolyasiyanın p32 Pax-6-nın HD-xüsusi bir yerə bağlanması və hədəf genlərin ifadəsini tənzimləməsi üçün tələb olunduğunu göstəririk. Birincisi, in vitro-sintezləşdirilmiş p32 Pax-6 yalnız anti-kiçik ubiquitin ilə əlaqəli modifikator 1 tərəfindən deyil, anti'Pax-6 tərəfindən əvvəlcədən təmizlənmiş nüvə ekstraktları ilə əvvəlcədən inkubasiya edilmədikdə, HD tanınma yerini ehtiva edən P3 ardıcıllığını bağlaya bilməz. anti-SUMO1) antikor. İkincisi, in vitro-sintezləşdirilmiş p32 Pax-6 SUMO1 tərəfindən toplana bilər və toplanmış p32 Pax-6 daha sonra P3 ardıcıllığına bağlana bilər. Üçüncüsü, Pax-6 və SUMO1 embrion optik və lens veziküllərində kolokallaşdırılır və koimmunoprecipitasiya edilə bilər. Nəhayət, SUMO1 ilə birləşdirilmiş p32 Pax-6 həm nüvədə, həm də sitoplazmada mövcuddur və sumoilasiya p32 Pax-6-nın DNT-ni bağlama qabiliyyətini əhəmiyyətli dərəcədə artırır və gen ifadəsini müsbət tənzimləyir. Nəticələrimiz birlikdə göstərir ki, sumoilasiya p32 Pax-6-nı həm DNT-ni bağlama, həm də transkripsiya fəaliyyətlərində aktivləşdirir. Bundan əlavə, araşdırmalarımız göstərir ki, p32 və p46 Pax-6 diferensial DNT bağlama və tənzimləyici fəaliyyətlərə malikdir.

Pax-6 konservləşdirilmiş qoşalaşmış domen (PD) və homeodomain (HD) paylaşan doqquz üzvdən ibarət Pax transkripsiya faktoru ailəsinə aiddir (1, 2). Bu təkamül yolu ilə qorunan transkripsiya faktoru tənzimləmə iyerarxiyasında yüksək fəaliyyət göstərir, insanlarda, siçanlarda, zebra balığında və beyində göz və beyin inkişafına nəzarət edir. Drosophila (1 𠄶). Müxtəlif növlərdə Pax-6 zülallarının yüksək dərəcədə qorunan amin turşusu ardıcıllığı onun bu orqanizmlərin inkişafını tənzimləməkdə mühüm funksiyasını göstərir. Həqiqətən, ümumi bir promouterdən Pax-6-nın hədəflənmiş ifadəsi Drosophila ektopik mürəkkəb gözlərin əmələ gəlməsinə səbəb olur (7). Bundan əlavə, Pax-6 geninin haploin çatışmazlığı və ya silinməsi aniridiya, katarakta və qlaukoma daxil olmaqla bir çox göz xəstəliklərinə səbəb olur. Pax-6-da homozigot mutasiya doğuş zamanı öldürücüdür, ağır beyin qüsurları, insanlarda və siçanlarda göz və burun olmaması (4, 5).

Molekulyar səviyyədə, Pax-6, ilk növbədə, optik vezikülün üstündəki ektodermanın lens ektodermasına bağlanmasına vasitəçilik etmək və həmçinin lens vezikülünün meydana gəlməsini təşviq etmək üçün fəaliyyət göstərir (6). Pax-6 linzaların inkişafına cavabdeh olan hər iki transkripsiya faktorunu kodlayan genlərin transkripsiya ifadəsini idarə edir, məsələn, kas-aponevroz fibrosarkoması (L-maf), gen 1 olan SRY qutusu (Sox-1), prospero homeobox 1 (Prox-1), həmçinin lens struktur zülalları, məsələn, α-, β- və γ-kristalinlər (8 �). Əvvəlki tədqiqatlar molekulyar kütlələri 48, 46, 43 və 32 kDa olan bildirçin hüceyrə ekstraktlarında Pax-6-nın ən azı dörd formasının olduğunu nümayiş etdirdi. “p43,” və “p32,” (12). Bu izoformalar N-terminal strukturlarına görə bir-birindən fərqlənir. Ümumi p46 izoformunun N ucunda 128 amin turşusu PD və mərkəzi bölgədə xüsusi olaraq müxtəlif DNT ardıcıllıqlarına, P6CON və P3 (TAAT/ATTA) ilə bağlanan 56 amin turşusu HD var (12 �) . C ucunda prolin (P), serin (S) və treonin (T) qalıqları ilə zəngin qorunmuş domen bütün Pax-6 izoformalarında mövcuddur və buna görə də “PST” domeni adlanır (Şəkil S1)A). Bu domen, p38 MAP kinaz və homeodomain ilə qarşılıqlı əlaqədə olan protein kinaz 2 ilə fosforlaşma yolu ilə Pax-6-nın aktivləşdirilməsinə vasitəçilik edir (15, 16). İnsan və zebrafish Pax-6-nın PST domenində bir neçə fosforlaşma yerləri müəyyən edilmişdir. Son tədqiqatlarımız göstərdi ki, həm p32, həm də p46 Pax-6 izoformları in vitro və in vivo protein serin/treonin fosfataz-1 (PP-1) tərəfindən mənfi tənzimlənməyə məruz qalır (17). Bununla belə, N terminalında bir PD domeninin açıq-aşkar olmaması p32 Pax-6-ya p46 Pax-6-dan fərqli bir DNT bağlama spesifikliyi verə bilər, buna görə də müxtəlif aşağı axın genlərini modulyasiya edə bilər. Bu araşdırmada biz p32 Pax-6-nın HD-xüsusi P3 ardıcıllığına necə bağlana biləcəyini və onun tənzimləmə funksiyasını yerinə yetirə biləcəyini araşdırdıq.

Kiçik ubiquitin ilə əlaqəli modifikator (SUMO) zülal ailəsi, ümumi bir əcdadı, struktur qatını və əsas birləşmə yolunu paylaşan, lakin fərqli ardıcıllığa və funksional xüsusiyyətlərə malik olan ubiquitinə bənzər zülalların vacib bir sinfidir (18, 19). SUMO struktur olaraq ubiquitin ilə əlaqəlidir və həmçinin hədəf zülalları daxilində lizin qalıqlarına bağlanır. Sumoilasiya zamanı hədəf lizin ümumiyyətlə tanınan konsensusa düşür, yəni ψ-Lys-X-Glu/Asp (burada ψ böyük hidrofobik amin turşusu, ən çox izolösin və ya valindir, X isə hər hansı qalıqdır). SUMO-nu əlavə edən və çıxaran enzimatik mexanizmə SUMO E1-aktivləşdirici ferment AOS1/UBA2, SUMO E2 konjuqasiya fermenti UBC9 və SUMO E3 liqaz daxildir (18, 19). Hədəf zülalların toplanması zülal-zülal qarşılıqlı təsirində, hüceyrəaltı lokalizasiyada, zülal-DNT-də qarşılıqlı əlaqədə, transkripsiya aktivləşməsi və repressiyasında və ferment aktivliyində iştirak edir (18, 19). SUMO ailəsinin üç üzvü, SUMO1, -2 və -3, məməlilərdə müəyyən edilmişdir. Ubiquitin kimi, SUMO2 və SUMO3 polimer zəncirləri yarada bilər. Bunun əksinə olaraq, SUMO1 lizin qalıqlarında zülallara kovalent olaraq monokonyuqasiya olunan 11,5 kDa 97 amin turşusu polipeptididir və bununla da əvvəllər qeyd edildiyi kimi, sumoilləşmə statusunda sürətlə geri dönən dəyişikliklər vasitəsilə bir çox hüceyrə proseslərində mühüm rol oynayır (18, 19) .

Bu işdə biz sumoilasiyanın p32 Pax-6-nı aktivləşdirən posttranslational modifikasiya kimi çıxış etdiyini və toplanmış p32 Pax-6-nın hədəf genlərin ifadəsini müsbət tənzimlədiyini göstərən sübutlar təqdim edirik. Bundan əlavə, biz nümayiş etdiririk ki, p32 Pax-6-nın sumoylation in vivo əsasən embrional gündə (ED) 9.5 və ED 11.5-də baş verir, ehtimal ki, onurğalıların göz və beyin inkişafına nəzarətdə mühüm rol oynayır. Nəhayət, biz göstəririk ki, p32 və p46 Pax-6 izoformları diferensial DNT-ni bağlama və tənzimləyici fəaliyyət göstərir və beləliklə, müxtəlif aşağı axın hədəf genlərini tənzimləyə bilir.


Gürcüstan Texnologiya İnstitutu Bioloji Elmlər Məktəbi | Corciya Texnologiya İnstitutu | Atlanta, GA | Corciya Texnologiya İnstitutu | Atlanta, GA

Simulyasiyalar göstərir ki, hidrogen bağı hərəkətverici qüvvədir

A. Maureen Rouhi tərəfindən

Əllərinizi yoxlayın. Sağ solun güzgü şəklidir. Çox bənzəyirlər, ancaq sol əlinizi sağ əlcəyin içərisinə qoymağa çalışdığınız zaman onların olmadığını bilirsiniz.

Həyatın molekulları da oxşar əl qabiliyyətinə malikdir. Məsələn, zülallar sol əliniz kimidir, hamısı solaxay olan amin turşularından ibarətdir. Bu fenomen xirallıq adlanır. Xiral sistemlərin necə ortaya çıxması həyatın mənşəyi ilə bağlı tədqiqatların əsas suallarından biridir.

Çoxlu izahatlar təklif olunub. İndi problemi araşdıran Georgia Tech komandası, şiral sistemlərin yaranmasına səbəb olan sabitliyin olduğunu göstərir. Biologiya Elmləri Məktəbinin professoru Jeffrey Skolnick-in rəhbərlik etdiyi komandaya tədqiqatçı alimlər Hongyi Zhou və Mu Gao daxildir. İş qismən Milli Səhiyyə İnstitutunun Ümumi Tibb Elmləri Bölməsi (NIH Grant R35-118039) tərəfindən dəstəkləndi və 10 dekabr 2019-cu ildə PNAS-da nəşr olundu.

Onlar hazırlanmış zülal kitabxanasının sabitliyini və xüsusiyyətlərini araşdıran kompüter simulyasiyalarından nəticə çıxardılar

  • 1:1 nisbətində sağ (D) və sol əlli (L) amin turşularını ehtiva edən qeyri-xiral zülallar, həmçinin demi-xiral adlanır.
  • 3:1 və 1:3 nisbətində D və L amin turşularını ehtiva edən qeyri-xiral zülallar və
  • bütün D və bütün L amin turşularını ehtiva edən şiral zülallar.

Onların simulyasiyaları göstərdi ki, qeyri-xiral zülallar, hətta demi-xiral olanlar da şiral zülalların bir çox xüsusiyyətlərinə malikdir. Onlar adi zülallar kimi qatlanaraq boşluqlar əmələ gətirirlər. Onlar adi zülalların bir çox biokimyəvi funksiyalarını, xüsusən də ən qədim və zəruri olanları yerinə yetirə bilərdilər. Bu qeyri-xiral zülallar həmçinin zülal transkripsiyası üçün zəruri olan ribosomal zülallar da daxil olmaqla müasir zülalların strukturlarını qəbul edə bilər.

Milli Sağlamlıq İnstitutunda Milli Biotexnologiya İnformasiya Mərkəzinin baş müstəntiqi Eugene Koonin deyir: "Qeyri-xiral zülalların qatlanma və işləmə qabiliyyəti Yerdəki həyat üçün vacib şərt ola bilərdi". "Əgər belədirsə, bu nəticə həyatın mənşəyi haqqında anlayışımıza töhfə verən həqiqətən əsas tapıntıdır."

Bununla belə, qeyri-xiral zülallar bütün D və ya bütün L amin turşularından ibarət olanlardan daha az hidrogen bağına malikdir. Demi-xiral olanlar ən azdır. Beləliklə, şiral zülallar demi-xiral zülallardan daha sabitdir. Parker H. Petit Biomühəndislik və Bioelm İnstitutunun üzvü olan Skolnik deyir: “Bizim bildiyimiz kimi həyatın biokimyası, ehtimal ki, hidrogen bağları tərəfindən idarə olunan sabitlikdən irəli gəlir”.

Skolnick deyir ki, PNAS tədqiqatı təkamülün müdaxiləsi olmadan zülalların xüsusiyyətlərini yalnız fizika baxımından araşdırır. “Bu, həyatın kimyasının əsas fiziki prinsiplərdən necə yarandığını izah edir. Bu, eyni zamanda, sadə həyatın bütün kainatda hər yerdə ola biləcəyini güclü şəkildə göstərir.

Skolnik deyir: "Mən həyatın necə yarandığını anlamaq və onun dizayn prinsiplərini bilmək istəyirəm". "Ən akademik səviyyədə, mən fizikaya əsaslanan həyatın mənşəyini yaxşı müəyyən edilmiş sınaqdan keçirilə bilən fikirlərlə izah etmək istəyirəm."

Skolnik deyir ki, yeni nəşr olunan "iş həyatın biokimyasının necə başladığına dair qeyri-ağıllı dizayn perspektivini təqdim edir". “O, vurğunu təkamüldən zülalların xas fiziki xüsusiyyətlərinə çevirir. Bu, şiral zülalları istehsal etmək üçün şiral RNT tələb olunan toyuq-yumurta problemini aradan qaldırır. Əksinə, belə həddindən artıq xirallığın təbii olaraq qeyri-xiral sistemdən meydana gəldiyi göstərilir.

İşdə L-amin turşularının və L-zülallarının nə üçün Yer kürəsində dominant olaraq ortaya çıxdığına toxunulmur. Məlumdur ki, bəzi meteoritlərdə L-amin turşuları çoxdur. Skolnik deyir: "Bir çox ibtidai amin turşusunun meteoritlər tərəfindən səpildiyini fərz etsəniz, onların bir çoxunda L-dən çox D amin turşusu var" dedi. "Bütün prosesi başlamaq üçün sadəcə bir az qərəzli olmaq lazımdır."

Skolnik deyir ki, növbəti addım qeyri-xiral zülalların yaranan kimyasını öyrənməklə kompüter simulyasiyalarını sınaqdan keçirməkdir. Əsas cavabsız sual, replikasiya necə meydana gəldi? "Biz bu araşdırmadan həyatın biokimyasını və replikasiya ilə əlaqəli bir çox hissələri izah edə bilərik, ancaq replikasiyanın özünü deyil" deyir. “Əgər bunu edə bilsək, həyatın bütün komponentlərinə sahibik. Əgər bu işə yarayarsa, mən sınaq borusunda ilk canlı sistemlərin nə ola biləcəyini yenidən yaratmaq istəyirəm.

Əlaqədar Media

(Soldan) Hongyi Zhou, Jeffrey Skolnick və Mu Gao (Cef Skolnick-in izni ilə)

Xiral zülallar (sol və orta) demi-şiral zülaldan (sağda) daha çox hidrogen bağı əmələ gətirir. (Ceff Skolnick-in izni ilə)


Nəticələr

Məməlilər və quşlar istisna olmaqla, müxtəlif onurğalılarda yeni Pax4/6/10 genlərinin müəyyən edilməsi

Biz yaxından əlaqəli bir qrup protein kodlayan gen müəyyən etdik Pax4-6 Ensembl genom verilənlər bazasının 54-cü buraxılışında Gen Ağacı görünüşündə (http://www.ensembl.org, sonuncu dəfə 26 iyun 2014-cü ildə əldə edilib, 2009-cu ilin yazında buraxılmış Hubbard et al. 2009). Ensembldəki bu ağacda, zebra balığının (ENSDARG00000053364) və çubuqlu balıqların sahib olduğu xarakterik olmayan genlər (Gasterosteus aculeatus ENSGACG00000007835) onurğalılara bazal yerləşdirildi Pax6 genlər qrupu. Daha yeni Ensembl buraxılışları (məsələn, buraxılış 66) bu genin də sahib olduğunu göstərir. X. tropicalis (ENSXETG00000032534), yaşıl anole kərtənkələ (A. carolinensis ENSACAG00000013797), Atlantik cod (Gadus morhua ENSGMOG00000007260) və Nil tilapiyası (Oreochromis niloticus ENSONIG00000020082). Şərti nomenklaturaya uyğun olaraq Pax gen ailəsi (Pax19) və intensiv filogenetik analizimizdə (aşağıya bax) biz bu gen qrupunu Pax10 olaraq təyin etdik. İctimaiyyətə açıq olan genom miqyaslı ardıcıllıq resurslarına dair sorğumuz (əlavə cədvəl S1, Əlavə material onlayn) aşağıdakıların müəyyən edilməsi ilə nəticələndi. Pax10 boyalı tısbağadakı orfoloqlar (Chrysemys picta bellii Shaffer və başqaları. 2013), Birma pitonu (Python molurus Castoe və başqaları. 2011), Amerika timsahı (Timsah mississippiensis St John et al. 2012), duzlu su timsahı (Crocodylus porosus St John et al. 2012), selakant (Latimeria chalumnae Amemiya və başqaları. 2013) və fil köpəkbalığı (C. milii Ravi və b. 2013). Üstəlik, in All. Mississippiensis, Csaat. picta bellii, və L. chalumnae, orfoloqlarını müəyyən etdik Pax4 əvvəllər yalnız teleostlarda və məməlilərdə müəyyən edilmiş gen (ətraflı məlumat üçün əlavə S1, S5 və S6 cədvəllərinə, Əlavə materiala baxın). The Pax4 Çin yumşaq qabıqlı tısbağanın genləri (Pelodiscus sinensis ENSPSIG00000006191) və xallı qar (Lepisosteus oculatus Ensembl Pre-də ENSGACP00000026154_1) müvafiq olaraq 68-ci buraxılışdan bəri Ensembl genom verilənlər bazasında və Pre-Ensemb-də mövcuddur. İndiyə qədər, yox Pax4 quşların, lepidozavrların, suda-quruda yaşayanların və xondrichthyanların transkriptomlarında və genomlarında ortoloq müəyyən edilmişdir, halbuki Pax10 çox güman ki, məməlilərin və quşların genomlarında yoxdur (şək. 1). B). Daha əvvəl təsvir edilən Yapon lampasına əlavə olaraq Pax6 gen ( <"type":"entrez-nucleotide","attrs":<"text":"AB061220","term_id":"15080679","term_text":"AB061220">> AB061220 NCBI nukleotidində), biz başqasını müəyyənləşdirdi Pax6- təyin etdiyimiz bu növün (Mehta et al. 2013) genom birləşməsindəki ardıcıllığa bənzər Pax6B. Bu ardıcıllığın ehtimal olunan ORF-i N’s uzanması ilə pozulur və buna görə də qismən olur. Buna görə də, bu Yapon lamperi Pax6B gen bütün Pax4/6/10 gen sinifinin filogenetik analizinə daxil edilməmişdir (şək. 2), halbuki onun alt çoxluğunun filogenetik analizinə daxil edilmişdir, Pax6 (əlavə şəkil S2, Əlavə material onlayn). Oxucularımızı yeni qohumlar kimi bu genlərin potensial yanlış identifikasiyası barədə xəbərdar etmək istərdik Pax6, Pax10 genlər, bəzən olaraq şərh edilir Pax6 və ya Pax6 kimi Ansamblda.

Çıxarılan Pax10 Protein Ardıcıllığının Domen Strukturu

Alınan amin turşusu ardıcıllığı Pax10 yuxarıda silico-da müəyyən edilmiş genlər, ehtimal olunan başlanğıc kodonundan əvvəl tam homeodomain ehtiva edir, lakin bütün digər Pax zülalları üçün ümumi olan xarakterik qoşalaşmış domendən məhrumdurlar (şək. 1). A). Genom birləşmələrinin natamam annotasiyalarının qoşalaşmış domenin identifikasiyasına səbəb olması ehtimalını istisna etmək üçün biz seçilmiş genomik kontiglərin nukleotid ardıcıllığında tBLASTn ilə geniş axtarışlar apardıq. Pax10 qoşalaşmış domenin peptid ardıcıllığından sorğular kimi istifadə. Bununla belə, bu yanaşma müəyyən ediləndən yuxarı hər hansı potensial qoşalaşmış domeni aşkar etməmişdir Pax10 ORF-lər. RT-PCR vasitəsilə biz zebra balığındakı tək Pax10 üzvünün tam uzunluqlu cDNA-larını təcrid etdik (təyin edilmiş pax10a Ravi və başqaları tərəfindən. 2013 teleostlar arasında sintenik əlaqələrin müqayisəsi əsasında) və A. carolinensis. Biz həmçinin iki tam uzunluqlu cDNA-nı təcrid etdik X. laevis (təyin edilmişdir Pax10a-10b)𠅋u genlərin transkripsiyasının sübutu. Bu cDNT ardıcıllıqlarının siliko tərcüməsi bu məhsullarda qoşalaşmış domenin olmamasını təsdiqlədi. Pax10 genlər.

Arasında filogenetik əlaqələr Pax4, -6, və -10

Biz əsas metazoa taksonlarını, eləcə də insanları əhatə edən Pax4/6/10 sinfinin üzvlərini ehtiva edən məlumat dəstindən istifadə edərək molekulyar filogenetik analiz apardıq. Cio. intestinalis, və uçmaq Pax3/7 (qoşalaşmış) genlər xarici qrup kimi (bax: əlavə cədvəl S5, Əlavə material onlayn). Nəticə alınan ML ağacı (şək. 2 B) fərziyyəni qoydu Nematostella vectensis Pax6 bilaterian ehtiva edən monofiletik qrupdan kənar ortoloq Pax4, -6, və -10 genlər. Bu qrupda gnathostome Pax10 genlər monofiletik qrup meydana gətirdi (ML analizində bootstrap ehtimalı, 98). Opossum istisna olmaqla Pax6, gnathostome Pax6 genlər monofiletik bir qrup meydana gətirdi ki, bunun da bir qardaş qrupu olduğu təxmin edildi Pax10 gen qrupu (ML analizində açılış ehtimalı, 30). İki əvvəllər müəyyən edilmiş siklostom Pax genlər, yəni Pax6 sahil balığı (Eptatretus burgeri) və Pax6 Yapon çıraqı (Lethenteron japonicum, həmçinin Arctic lamprey kimi istinad edilir Lethenteron camtschaticum), gnathostome bazasında yerləşdirilən eksklüziv bir çoxluq təşkil edir Pax6-10 alt qruplar (şək. 2 B). Qeyd edək ki, yeni təsbit edilənlər L. japonicum Pax6B gen və a Pax6 gen ( <"type":"entrez-protein","attrs":<"text":"AAM18642.1","term_id":"20278918","term_text":"AAM18642.1">> AAM18642.1 NCBI-də) fərqli lamprey növlərinin (Lampetra fluviatilis) natamam ardıcıllığa görə bu təhlildən çıxarılmışdır. Bununla birlikdə, onurğalılara diqqət yetirən bir filogenetik analiz Pax6 genlər də daxil olmaqla L. japonicum Pax6B gen sahildəki hagfish ilə qruplaşmasını dəstəklədi Pax6 gen (ML analizində yükləmə ehtimalı, 73 əlavə şək. S2, Əlavə material onlayn). Daha əvvəl müəyyən edilmiş L. japonicum Pax6 gen gnathostome daha yüksək yaxınlıq göstərdi Pax6 genlər (ML analizində yükləmə ehtimalı, 54 əlavə şək. S2, Əlavə material onlayn). Onurğasızlar arasında filogenetik əlaqələr Pax6/gözsüz genlər ümumi qəbul edilmiş növlərin filogeniyasını çətinliklə əks etdirir (şək. 2 B). qrupu Pax4 genlər bütün digər bilateriyalardan kənarda yerləşən monofiletik çoxluq təşkil edir Pax6-10 genlər. Bu təxmin edilən ağac üçün dəstək dəyərləri ümumiyyətlə aşağıdır. Bu zəif həll edilmiş ağac topologiyası fərdlər arasında filogenetik əlaqələr haqqında daha dəqiq nəticələr əldə etməyimizə mane olur. Pax4, -6, və -10 alt qruplar. Xüsusilə, akantopterigianın filogenetik mövqeyi pax6a (pax6.3 Ravi və başqalarında. 2013) digər onurğalılara münasibətdə genlər Pax6 genləri bu analizlə etibarlı şəkildə çıxarmaq mümkün olmadı. Baxmayaraq ki, ML analizləri akantopterigianın mənşəyini göstərir pax6a-6b TSGD vasitəsilə genlər (şək. 2 B), bu təkrarlama node üçün dəstək (ML analizində yükləmə ehtimalı, 18) zəifdir.

Akantopterigianın qədim mənşəyini irəli sürən fərziyyəni yoxlamaq pax6a (pax6.3) genlər (şək. 2 A Ravi və başqaları. 2013), biz evristik ML ağacının yenidən qurulmasını statistik testlərlə tamamladıq. Akantopteriyanın erkən (Hypothesis 1 Ravi et al. 2013) və ya gec (Hypothesis 2) mənşəyini dəstəkləyən alternativ ssenarilər üçün ağac topologiyalarını simulyasiya etdik. pax6a (pax6.3) genlər (şək. 2 A) və onlar üçün hesablanmış ehtimallar. Sonuncu fərziyyə daha böyük ehtimal dəyərləri versə də, iki fərziyyə arasında dəstək səviyyələrində əhəmiyyətli fərq müşahidə edilməmişdir: P Hipotez 1-in dəyərləri 0.12 (təxminən qərəzsiz [AU] testi) və 0.42 (Shimodaira'sHasegawa [SH] testi), Hipotez 2-nin dəyərləri isə 0.38 (AU testi) və 0.44 (SH testi) təşkil edir. Beləliklə, akantopterigianın təkamül mənşəyi ilə bağlı sual pax6a (pax6.3) genlərə yalnız molekulyar filogenetik yanaşma ilə cavab vermək olmaz. Buna görə də, biz teleostu əhatə edən genomik bölgələrdə gen sifarişlərini araşdırdıq pax6 genlər.

Biz tək olan genomik bölgə arasında qorunmuş sinteniya aşkar etdik Pax6 xallı gar və ehtiva edən gen pax6a-6b medaka, çubuq və zebra balığında genlər (şək. 3 A və əlavə cədvəl S9, Əlavə material onlayn). TSGD, ehtimal ki, xallı qar da daxil olmaqla, Lepisosteiformes nəslindən teleost balıqlarının ayrılmasından sonra baş vermişdir (Hoegg et al. 2004 Crow et al. 2006 Hurley et al. 2007 Amores et al. 2011). Beləliklə, xallı qar və teleost balıqları arasındakı bu bir-iki əlaqə TSGD-dən yaranan nümunəyə uyğun gəlir. Qonşu gen ailələrinin molekulyar filogeniyasını da araşdırdıq (şək. 3). B). Acanthopterygian ilə qanadlanan cüt genlərin yaranmasına səbəb olan duplikasiyanın vaxtını təyin etməyə çalışdıq. pax6a-6b, yəni Depdc7, Wt1, və Kiaa1549l gen ailələri. Nəticə edilən ML ağacları aktinopterik balıq nəsillərində sözügedən teleost paraloqlarına səbəb olan dublikasiya təklif etdi (şək. 3). B). Gen ailələrindən ikisi (Depdc7Kiaa1549l) TSGD ilə üst-üstə düşən, xallı qarın teleost kök nəslindən ayrılmasından sonra göstərilən təkrarlamalar. Bu fərziyyəni daha da sınamaq üçün biz qədim mənşəyi dəstəkləyən alternativ, qeyri-ML ağac topologiyalarının ehtimallarını hesabladıq. pax6a- bağlı (pax6.3) onurğalıların təkamülünün əsasında duran genlər. Bu təhlil qədim mənşəyi rədd etdi pax6a- üç gen ailəsindən ikisi üçün onurğalıların təkamülünün əsasında əlaqəli genlər (Depdc7Kiaa1549l) ilə P AU və SH testlərində 0,1-dən aşağı dəyərlər. Üçün Wt1 gen ailəsi, bu fərziyyə əhəmiyyətli dərəcədə rədd edilmədi (P dəyəri AU testində 0,29 və SH testində 0,28), lakin TSGD-də daha yeni təkrarlanandan daha az idi (şək. 3). B). Təhlillərimizdən birmənalı olaraq çıxmasa da, təkrarlamanın vaxtı Wt1 TSGD-dəki genlər daha əvvəl nümayiş etdirilmişdir (Kluever et al. 2009). Bu cinah genlərinin duplikasiyalarının sinxronlaşması onların geniş miqyaslı bir hadisədə, ehtimal ki, TSGD-də təkrarlandığını göstərir. Beləliklə, arasında paralogiya pax6a-6b Bu bölgədə yerləşdirilmiş genlər TSGD vasitəsilə yaranmalı idi (bax. Şəkil 2). A).

Var Pax4, -6, və -10 2R-WGD-dən əldə edilmişdir?

Molekulyar filogenetik analizimiz Pax4/6/10 gen sinifinin şaxələndirilmə vaxtı ilə bağlı yüksək inam vermədiyi üçün biz sinten analizindən istifadə etdik (Materiallar və Metodlara baxın). Yaşıl anol kərtənkələnin intragenomik sintenik analizi, tərkibində olanlar da daxil olmaqla, dörd xromosom bölgəsi arasında gen-gen paralogiyalarının sıx nümunəsini göstərdi. Pax6 və -10 (şək. 4). Duplikasiyaları 2R-WGD ilə üst-üstə düşən gen ailələri 1, 4, 5 və 6-cı xromosomlarda müəyyən edilmiş bölgələr arasında gen-gen paralogiyasının sıx nümunəsini göstərir (şək. 4). Bundan əlavə, müəyyən edilmiş beş gen ailəsinin onurğalıların təkamülünün erkən mərhələlərində şaxələnmiş olduğu daha əvvəl göstərilmişdi (Manousaki et al. 2011). Maraqlıdır ki, insan və toyuq genomlarında olan ortoloji bölgələrin tək bir əcdad onurğalı xromosomundan, yəni 𠇍-dən, Nakatani et al. (2007). Bu nəticələr göstərir ki, yaşıl anol genomunda 1, 4, 5 və 6-cı xromosomlar üzərində müəyyən edilmiş bölgələrin kvarteti, ehtimal ki, 2R-WGD nəticəsində geniş miqyaslı dördqatlanmadan yaranmışdır.

İkinci dərəcəli itki rejimi Pax10 məməlilərdə

Axtarışımız Pax10 ictimai məlumat bazalarında genlər və sonrakı filogenetik analizlər məməlilərdə və quşlarda bu genin olmadığını irəli sürdü (bax. Şəkil 1). B və ​ and2). 2). Yoxluğun xromosom seqmentinin geniş miqyaslı silinməsi və ya kiçik miqyaslı gen itkisi nəticəsində yarandığını müəyyən etmək üçün intergenomik sinteniya analizlərindən istifadə etdik. Böyük bir silinmə nəticəsində yaranarsa, bir neçə qonşu genin eyni vaxtda itirilməsi müşahidə edilməlidir. 1-Mb genomik bölgə ilə müqayisəmiz Pax10 yaşıl anole, insan və opossum genomlarında gen qorunmuş sinteniya aşkar etdi (şək. 5). A). Yaşıl anolda bu bölgədə olan 19 protein kodlaşdıran gendən, müvafiq olaraq, 15 və 14 gen, insan 19-cu xromosom və 4-cü opossum xromosomunun xüsusi bölgələrində ortoloqlara malikdir (dəqiq mövqelər üçün əlavə cədvəl S7, Əlavə materiala baxın. orfoloqlar). Xüsusilə, bir yaxın qonşunun orfoloqları Pax10 (776 amin turşusu uzunluqlu ehtimal olunan peptid ENSACAG00000013620 kodlayan xarakterik olmayan gen) məməlilərin genomlarında da yoxdur. Beləliklə, olmaması Pax10 məməlilərin genomlarından olan gen, ehtimal ki, məməlilərin təkamülündə marsupial və evteriya nəsilləri arasındakı fərqdən əvvəl kiçik miqyaslı silinmə nəticəsində yaranmışdır. Əgər sintenik analizlərimizə mane ola biləcək kütləvi xromosom yenidən təşkili olmasaydı, məməlilər nəslinin bu silinməsi hadisəsi ən az iki geni əhatə edə bilərdi.

Biz həmçinin yaşıl anole və toyuq arasında sintenik müqayisə apardıq. 19 gendən Pax10-yaşıl anol genomunda olan bölgədən yalnız ikisinin toyuq genomunda ortoloqların olduğu birmənalı şəkildə göstərildi (ortoloqların mövqeləri üçün əlavə cədvəl S8, Əlavə materialın onlayn materialına baxın). Bu iki anole geni ondan 230 kb-dən çox uzaqdadır Pax10 gen (şək. 5 B). Toyuq ortoloqlarının olmaması Pax10 və anoledəki bu genomik bölgədəki digər genlər, onun həmkarı bölgəsinin toyuqlara aparan nəsildə itdiyini göstərir. Məməlilər nəslinin kiçik miqyaslı itkisi ilə müqayisədə, quş nəslinin itkisi bəlkə də ondan çox geni əhatə edən ölçüdə daha böyük ola bilərdi.

İfadə nümunələri Pax10 zebra balığında, Xenopus, və Yaşıl Anole

Zamansal ifadə profilini xarakterizə etmək üçün zebra balığının inkişaf seriyasından istifadə edərək yarı kəmiyyətli RT-PCR apardıq. pax10a. Bu təcrübə başlanğıcı təklif etdi pax10a mayalanmadan 25 saat sonra ifadə (hpf) mayalanmadan 5 gün sonra maksimal ifadə səviyyəsi ilə (dpf şək. 6) A və əlavə əncir. S1, Əlavə material onlayn). Bu nəticə bizi araşdırmağa sövq etdi Pax10 yetkin heyvanlarda ifadə edilir. Ona görə də təhlil etdik Pax10 ifadə səviyyələri, o cümlədən Pax6, zebra balığının ayrı-ayrı orqanlarında, Xenopus, və yaşıl anollar. Müqayisəmiz güclü olduğunu ortaya qoydu Pax10 Tədqiq olunan hər üç heyvanın gözündə ifadələr və xayalarda da incə ifadə Xenopus və zebra balığının və yaşıl anolun beyin toxuması (şək. 6 B). Bu da intensiv şəkildə ortaya çıxdı Pax6 tədqiq edilən bütün heyvanlar üçün ümumi olan gözlərdə ifadələr və beyində, mədəaltı vəzidə və xayalarda zəif ifadələr (şək. 6) B). Tədqiq olunan orqanlarda ifadə səviyyələrindəki oxşarlıq əsasında təhlil edilən genlərin qruplaşdırılmasını həyata keçirdik (şək. 6). B). O, onların filogenetik əlaqəsini qismən bərpa etdi və yaxından əlaqəli gen cütlərini (məsələn, zebra balığı) bərpa etdi. pax6a-6b, eləcə də Xenopus Pax10 və zebra balığı pax10a) ifadə nümunələrində də ən yüksək oxşarlıq göstərmişdir.

ifadə profilləri Pax4, -6, və -10 zebra balığında, Xenopus, və yaşıl anole. (A) ifadə səviyyələri pax10a yarı kəmiyyətli RT-PCR ilə zebrafish inkişaf seriyasında. İstilik xəritəsi yüksəldilməsini göstərir pax10a gec inkişaf mərhələlərində 5 dpf-də platoya çatır. Sağdakı rəng şkalası heç bir ifadə (mavi) və ən yüksək müşahidə edilən ifadə səviyyəsi (qırmızı) üçün müvafiq olaraq 0 və 1 arasındakı dəyərlərə normallaşdırılmış nisbi ifadə səviyyələrini göstərir. (B) İfadə səviyyələrini vizuallaşdıran istilik xəritəsi Pax6-10 yetkin zebra balığının ayrı-ayrı orqanlarında, Xenopus, və yaşıl anole. Yetkin zebra balığında, pax6a, -6b, və -10a beyində, testisdə və gözdə transkriptlər aşkar edilmişdir. Yüksək səviyyələrdə Pax6 ifadəsi aşkar edilmişdir Xenopus laevis beyin və göz və mədəaltı vəzi və bağırsaqda aşağı səviyyələr, halbuki Pax10 ifadə siqnalları göz və testisdə tapıldı. In green anole, Pax6 transcripts were detected in the eye, brain, and testis and at low concentrations in pancreas, and Pax10 expression was detected in the eye and brain. It should be noted that the zebrafish pancreas was not analyzed (NA) because its anatomical structure was not precisely identified. The phylogram on the left reflects the phylogenetic relationships of the genes inferred in figure 2 B, whereas that on the right shows the clustering based on their expression levels in various organs. (C–R) In situ hybridizations of Pax4, -6, və -10 orthologs in the retinas of adult zebrafish, Xenopus, and the green anole. C–J show expression patterns in the retinas of an albino zebrafish, K–N of a green anole, and O–R a X. laevis. D, F, H, J, L, N., P, və R are magnifications of the rectangles in A, C, E., G, Mən, K, M, və O, müvafiq olaraq. All investigated genes were strongly expressed in the inner nuclear layer (i) and weakly in the ganglion cell layer (g). zebra balığı pax6a, -6b, and -10a also showed weak expressions in the horizontal cell layer (h in D, F, və H) and zebrafish pax4 transcripts were detected in the outer nuclear layer (o in J). It was evident from the results for Anolis carolinensis ki Pax6 expression is nested within that of Pax10 in the inner nuclear layer of the retina (arrows in LN.). Scale bar: 200 µm.

In order to scrutinize the expression patterns of these genes, we performed in situ hybridizations on sectioned eyes of adult zebrafish, Xenopus, and green anoles. We performed expression analyses of pax4, -6a, -6b, və -10a genes in zebrafish, Pax6-10 in the green anole, and Pax6a-10b daxilində X. laevis and identified distinct expression signals of all investigated genes in specific layers of the mature retina, namely, intensively in the inner nuclear layer and weakly in the ganglion cell layer ( fig. 6 CR). In addition, we identified transcripts of zebrafish pax6a, -6b, and -10a in the horizontal cell layer ( fig. 6 D, F, və H) and those of zebrafish pax4 in the outer nuclear layer ( fig. 6 J). In the retina of the green anole, the expression domain of Pax6 in the inner nuclear layer was revealed to be nested within the broader area of Pax10-expressing cells ( fig. 6 LN.).


GİRİŞ

Programmed cell death (apoptosis) is a process of regulated cell death that is important for normal development and physiological homeostasis in all animals (reviewed by Lockshin and Zakeri,2004). It provides a regulated process to refine organ structure or remove cells that are damaged or no longer required. Apoptosis is mediated by a core biochemical pathway that regulates the activation of caspases(reviewed by Danial and Korsmeyer,2004 Yan and Shi,2005). These enzymes act to digest cellular proteins systematically, and thus their activity can result in irreversible damage to cells. Caspase activity is regulated by the proteolytic processing of a procaspase to its active form, as well as by inhibitor of apoptosis proteins(IAPs). The importance of tight regulation of caspase activity and the cell-death pathway is evident from the fact that an inappropriate increase or decrease in apoptosis levels is a hallmark of many human diseases, including cancer, neurodegenerative disorders and autoimmune disease. Biochemical and genetic studies have been central to identifying the components and mechanistic details of the core apoptotic pathway. However, less is understood about the potential regulatory inputs that promote survival or trigger apoptosis, especially during normal development.

The nematode C. elegans has served as a pioneering model for gene discovery and functional analysis of apoptosis in vivo (reviewed by Lettre and Hengartner, 2006). Genetik tədqiqatlar C. elegans have identified a core apoptotic pathway that shares molecular components with other organisms. Both somatic cells that die during the normal process of embryonic and larval development,as well as germ cells that die in the adult as part of gamete formation and germline homeostasis, use this core pathway. However, the regulatory inputs that influence somatic and germline cell death differ. Cell lineage and developmental cell fate specification mechanisms play an important role in regulating which somatic cells will die, and the pattern of cell death is highly reproducible from one animal to the next(Sulston and Horvitz, 1977 Sulston et al., 1983). By contrast, there is a variable pattern of cell death in the germline, and the regulatory processes include DNA damage-induced checkpoint controls, the activity of signal transduction pathways and bacterial infection(Aballay and Ausubel, 2001 Gartner et al., 2000 Gumienny et al., 1999). Although many genes that are important for regulating either somatic or germline cell death have been identified, it is clear that new genes remain to be discovered (e.g. Lettre et al.,2004). Importantly, aside from core apoptotic genes (the caspase gene ced-3, the Apaf-1 gene ced-4, the Bcl-2 gene ced-9 and the BH3-only gene egl-1 see Fig. 4A), regulatory genes that impact apoptosis in both somatic and germline cells have not been identified.

This work focuses on the role of Pax2/5/8 proteins in regulating apoptosis. Pax proteins are transcription factors identified by the presence of the DNA-binding paired domain (reviewed by Chi and Epstein, 2002). Pax proteins fall into four subgroups based on their DNA-binding specificity, sequence similarity within the paired domain and the presence or absence of other sequence motifs. The Pax2/5/8 subgroup is defined by the mammalian Pax2, Pax5Pax8 gene products. Genetic studies of Pax2/5/8 genes in a range of animals indicate that they are important for the normal development of subsets of cells and tissues,and that they can be key regulators in the development of organs. At the cellular level, Pax2/5/8 proteins can promote proliferation and cell survival,and influence differentiation. This effect is observed in both gain- and loss-of-function conditions. For example, increased expression of Pax2 in mouse kidney results in renal hyperplasia(Dressler et al., 1993), and inappropriate expression of Pax genes is associated with primary cancer cells and cancer cell lines (Muratovska et al.,2003 Wu et al.,2005). Əksinə, Pax2 mutant mice and human individuals with PAX2 mutations exhibit renal hypoplasia(Sanyanusin et al., 1995 Torres et al., 1995). Importantly, interfering with Pax gene expression in cancer cells promotes apoptosis, showing that Pax gene expression protects cells from cell death(Bernasconi et al., 1996 Buttiglieri et al., 2004 Muratovska et al., 2003). Similarly, the hypoplastic defect in Pax2/+ mutant mice can be suppressed by caspase inhibitors, demonstrating that the reduced kidney development results, at least in part, from increased apoptosis(Clark et al., 2004 Dziarmaga et al., 2003). Although the evidence that at least some Pax genes act to protect cells from apoptosis is strong, the molecular mechanism for this function is not well understood.

In order to better understand how Pax2/5/8 genes influence cell death, we have studied their function in C. elegans. This organism has two genes of the Pax2/5/8 sinif: egl-38pax-2. Although these genes result from a recent gene duplication,both have some non-redundant features(Wang et al., 2004). Here, we show that the C. elegans Pax2/5/8 genes act similarly to the mammalian genes to promote cell survival. The two genes influence both somatic and germline cell death, demonstrating that they have a global role in modulating apoptosis. We have used molecular and genetic experiments to demonstrate that these Pax proteins affect the core apoptotic pathway by directly modulating the transcription of ced-9, yalnız C. elegans pro-survival bcl-2 gen. This work defines a mechanism for Pax2/5/8 factors in influencing cell death, and identifies transcriptional regulation of bcl-2/ced-9 as a potential regulatory point at which to modulate cell death during normal development.


Giriş

Paired box (Pax) genes encode transcription factors that contain a highly conserved DNA-binding domain called the paired domain (PD, Fig. 1A) and can be considered to be a principle regulator of gene expression. Nine Pax genes (Pax1-Pax9) have been characterised in mammals and the evolutionary conserved paired domain has been identified across phylogenies from insects, to amphibians and birds. In higher vertebrates, PAX proteins are subclassified into groups according to inclusion of an additional DNA-binding homeodomain and/or an octapeptide region, which serves as a binding motif for protein co-factors for potent inhibition of downstream gene transcription (Eberhard et al., 2000) (Fig. 1B) all PAX proteins include a transactivation domain located within the C-terminal amino acids (Underhill, 2012). It is also known that all Pax genes, with the exception of Pax4Pax9, produce alternative RNA transcripts (see Table 1). The functional diversity of Pax proteins in vivo is thus linked to the ability to produce alternatively spliced gene products that differ in structure and, consequently, in the binding activity of their paired and homeodomain DNA-binding regions (Underhill, 2012).

Subclassification of PAX transcription factors according to protein structure. (A) All PAX proteins contain a transactivation domain and a DNA-binding domain known as the paired domain (PD). The PD consists of PAI and RED subdomains, each of which is composed of three helices in a helix-turn-helix motif. Some PAX family members also contain an additional DNA-binding homeodomain and/or an octapeptide region. (B) PAX proteins are subclassified into four paralogous groups according to full or partial inclusion of the additional DNA-binding homeodomain and the octapeptide region. Adapted, with permission, from Chi and Epstein (Chi and Epstein, 2002).

Subclassification of PAX transcription factors according to protein structure. (A) All PAX proteins contain a transactivation domain and a DNA-binding domain known as the paired domain (PD). The PD consists of PAI and RED subdomains, each of which is composed of three helices in a helix-turn-helix motif. Some PAX family members also contain an additional DNA-binding homeodomain and/or an octapeptide region. (B) PAX proteins are subclassified into four paralogous groups according to full or partial inclusion of the additional DNA-binding homeodomain and the octapeptide region. Adapted, with permission, from Chi and Epstein (Chi and Epstein, 2002).

Alternative PAX transcripts

6zu4CzF1jIQ5b0ENvwcskoBTV95UQ2XDDriYNc1L7eDUrNfR42vpaPQw__&Key-Pair-Id=APKAIE5G5CRDK6RD3PGA" />

Tm3iwNpzMwclBFhtxWqCukbpzfHokyf82CFIFaaZT-YXzVLBXOaLGtMA__&Key-Pair-Id=APKAIE5G5CRDK6RD3PGA" />

Three decades ago, the characterisation and roles of Pax genes in embryonic development began to unfold. Early studies discovered that regulatory gene families such as the Pax family are involved in the sequential compartmentalisation and body patterning of developing organisms thereafter, studies highlighted a role for Pax genes in the early specification of cell fate and the subsequent morphogenesis of various tissues and organs. Following this, mutational studies of Pax genes confirmed the importance of these regulatory roles in the initiation and progression of development, as well as in disease. The aim of this Primer is to highlight the means by which PAX transcription factors function and to discuss the molecular mechanisms used to determine their tissue-specific activity.


Cild 2

Acinar Tissue

The ectopic expression of transcription factors in acinar tissue using adenovirus has been a popular technique to convert infected cells to an insulin-expressing β-cells. In 2008, Melton’s group were able to reprogram differentiated pancreatic exocrine cells directly into cells that closely resembled β-cells, without reversion to a pluripotent stem cell state, by in vivo expression of NGN3, MAFA, and PDX1 in mice. These β-cells were indistinguishable from endogenous islet β-cells in size, shape and ultrastructure, expressed genes essential for β-cell function and ameliorated hyperglycemia by remodeling local vasculature and secreting insulin. This study provided definitive evidence for acinar-to-β transdifferentiation. Furthermore, they confirmed the survival and function of these lineage-reprogrammed cells in vivo up to 1 year. Kevin Docherty’s group came up with a different acinar-to-β reprogramming protocol, wherein suppression of Epithelial-to-Mesenchymal Transitioning resulted in enhancement of in vivo reprogramming of human exocrine pancreatic tissue into functional insulin-producing β-like cells via overexpression of the PDX1, NGN3, Paired box gene 4 ( PAX4 ) and MAFA and a combination of several growth factors. The glucose-responding insulin-producing cells were able to normalize glycemia in STZ-induced diabetic immunodeficient mice. The group went on to demonstrate that overexpression of exogenous PAX4 in combination with suppression of the endogenous transcription factor ARX (aristaless-related homeobox) considerably enhanced the production of functional insulin-secreting β-like cells with concomitant suppression of α-cells. The reprogrammed cultures were composed of ∼ 45% islet-like clusters comprising > 80% monohormonal insulin + cells. The β-cells expressed insulin protein levels at approximately 15%–30% of that in adult human islets, exhibited glucose-responsive insulin secretion, and normalized blood glucose levels upon transplantation into diabetic mice.

In similar work, suppression of the Epithelial-to-Mesenchymal Transitioning using Rho-associated kinase and transforming growth factor-β1 inhibitors, could induce formation of monohormonal insulin-positive cells. Baeyen’s group transduced human pancreatic exocrine cells directly with lentiviruses expressing activated mitogen-activated protein kinase (MAPK) and signal transducer and activator of transcription 3 (STAT3). Expression of STAT3 and MAPK activated the expression of NGN3 in 50%–80% of transduced exocrine cells cultured in 3D structures, leading to an acinoinsular functional reprogramming. Furthermore, long-term engraftment into immunocompromised mice increased the efficiency of reprogramming to insulin-positive cells. The main drawback of the methods discussed above is the systemic delivery of viral vectors that actively limits clinical translatability. A study demonstrating that EGF, nicotinamide, leukemia inhibitory factor (LIF) or ciliary neurotrophic factor (CNTF) combination was able to reprogram rat acinar cells into insulin-producing β cells in vitro and restore normoglycemia in diabetic mice. CNTF involvement in STAT3 signaling pathway activation leads to reactivation of NGN3 expression in adult acinar cells, forcing differentiation into β-cells. Ectopic expression of glucagon-like peptide-1 receptor (GLP1R) combined with gastrin and exendin-4 also was able to synergistically promote β cell reprogramming of acinar cells.


Nəticələr

Isolation and Structural Features of the T. adhaerens PaxB Gen

Using different sets of primers, we obtained PCR fragments of the expected size (344 bp) with the primer combination S1/AS3 only. Because primers were designed according to the most conserved regions of the paired-box motif, they are expected to amplify paired-box sequences of all Pax gene subfamilies. From a total of 20 clones sequenced all of which were 100% identical in sequence. By means of 5′ and 3′ RACE 955 nucleotides of the coding sequence, including the paired and homeodomain (318 amino acids) were isolated ( fig. 1). The 3′RACE reactions also revealed the presence of two weaker, slightly larger PCR products, indicating the presence at least two alternative transcripts (data not shown).

Nucleotide and amino acid sequence of TriPaxB. The isolated coding region comprises 955 nucleotides (318 amino acids). The TriPaxB protein includes a paired domain (underlayed in gray), an octapeptide (boxed) and a “full” homeodomain (underlayed in light gray). The positions of two introns are indicated by arrowheads (black). An intron located directly upstream the paired domain was found in all Pax genes investigated so far. An intron located between the octapeptide and the homeodomain was also found in other Pax2/5/8 genes, for example, in Drosophila D-Pax2 (sparkling here the intron is much longer, however).

Nucleotide and amino acid sequence of TriPaxB. The isolated coding region comprises 955 nucleotides (318 amino acids). The TriPaxB protein includes a paired domain (underlayed in gray), an octapeptide (boxed) and a “full” homeodomain (underlayed in light gray). The positions of two introns are indicated by arrowheads (black). An intron located directly upstream the paired domain was found in all Pax genes investigated so far. An intron located between the octapeptide and the homeodomain was also found in other Pax2/5/8 genes, for example, in Drosophila D-Pax2 (sparkling here the intron is much longer, however).

The Trichoplax Pax gene contains a paired domain, an octapeptide, and a “full-length” homeodomain ( figs. 1 and 2). The paired domain displays structural features of PaxBPax2/5/8 genes, and it harbors several amino acid positions that are regarded as diagnostic for this class of proteins ( Kozmik et al. 2003 fig. 1). The full-length homeodomain, however, is more similar to PaxC/Pax6-like genes ( fig. 2B).

Alignment of paired domain (A) and homeodomain (B) sequences of several PaxA, PaxB, PaxC, Pax2/5/8, və Pax6 genlər. Amino acids underlayed in gray are Pax6 spesifik. Trichoplax PaxBTripedalia PaxB harbor paired domains that are Pax2/5/8 related and homeodomains that are PaxC/Pax6 related. Am: Acropora millepora Dm: Drosophila melanogaster Ef: Ephydatia fluviatilis eye: eyeless Hl: Hydra littoralis Mm: Musculus Pc: Podocoryne carnea spar: sparkling Tc: Tripedalia cystophora Tri: Trichoplax adhaerens.

Alignment of paired domain (A) and homeodomain (B) sequences of several PaxA, PaxB, PaxC, Pax2/5/8, və Pax6 genlər. Amino acids underlayed in gray are Pax6 spesifik. Trichoplax PaxBTripedalia PaxB harbor paired domains that are Pax2/5/8 related and homeodomains that are PaxC/Pax6 related. Am: Acropora millepora Dm: Drosophila melanogaster Ef: Ephydatia fluviatilis eye: eyeless Hl: Hydra littoralis Mm: Musculus Pc: Podocoryne carnea spar: sparkling Tc: Tripedalia cystophora Tri: Trichoplax adhaerens.

Two exon-intron junctions were mapped via genome walk PCR. The first intron is located directly upstream and adjacent to the paired box ( fig. 2A). The location of this first intron is conserved in all Pax genes investigated so far. The second intron is located upstream of the homeodomain and comprises 350 bp. The accession number of the coding sequence is DQ22561.

Phylogenetic Analyses

In phylogenetic analyses the TriPaxB paired domain clusters basal to the PaxB/Pax2/5/8 subfamily ( fig. 3). Bundan başqa, TriPaxB appears to be basal also relative to all but one Pax family. TriPaxB always comes out basal to PaxA, PaxB, və PaxC genes, independent of the algorithm and also independent of whether paired domain sequences from triploblastic animals were included or not. The topology shown in figure 3A does not change when randomly chosen paired domain sequences from triploblasts are added to the analysis ( fig. 3C).

(A) Rooted neighbor-joining tree of paired domain sequences of all known diploblast PaxA, PaxB, PaxC, və PaxD genlər. Bootstrap values result from 1,000 stepwise addition replicates. The shown topology is identical to the parsimony tree. A psevdomonas transposase sequence serves as out-group. (B) Bayesian analysis for all known diploblast Pax genlər. The Bayes proportions are shown on the branches. At 95% Bayesian proportion, a basal position of the TriPaxB gene compared to PaxA–CPaxB clades is supported. In this figure the structural features of the corresponding Pax genes are also illustrated. Paired domains = light gray boxes, homeodomains = black boxes, octapetides = white circles. Üçün CqPaxB so far only sequences of the paired domain are available. EfPax258 contains a partial homeodomain. (C) Neighbor-joining tree of all known diploblast together with several triploblast Pax gene paired domains. Note that the inclusion of triploblast sequences results in a loss of bootstrap support. Am, Acropora millepora Cc, Cladonema californicum Cq, Chrysaora quinquecirrha Dm, Drosophila melanogaster Ef, Ephydatia fluviatilis Hl, Hydra littoralis Hr, Halocynthia roretzi Mm, Musculus Pc, Podocoryne carnea Pl, Paracentrotus lividus Tc, Tripedalia cystophora Tri, Trichoplax adhaerens.

(A) Rooted neighbor-joining tree of paired domain sequences of all known diploblast PaxA, PaxB, PaxC, və PaxD genlər. Bootstrap values result from 1,000 stepwise addition replicates. The shown topology is identical to the parsimony tree. A psevdomonas transposase sequence serves as out-group. (B) Bayesian analysis for all known diploblast Pax genlər. The Bayes proportions are shown on the branches. At 95% Bayesian proportion, a basal position of the TriPaxB gene compared to PaxA–CPaxB clades is supported. In this figure the structural features of the corresponding Pax genes are also illustrated. Paired domains = light gray boxes, homeodomains = black boxes, octapetides = white circles. Üçün CqPaxB so far only sequences of the paired domain are available. EfPax258 contains a partial homeodomain. (C) Neighbor-joining tree of all known diploblast together with several triploblast Pax gene paired domains. Note that the inclusion of triploblast sequences results in a loss of bootstrap support. Am, Acropora millepora Cc, Cladonema californicum Cq, Chrysaora quinquecirrha Dm, Drosophila melanogaster Ef, Ephydatia fluviatilis Hl, Hydra littoralis Hr, Halocynthia roretzi Mm, Musculus Pc, Podocoryne carnea Pl, Paracentrotus lividus Tc, Tripedalia cystophora Tri, Trichoplax adhaerens.

To test the robustness of the basal position of the TriPaxB gene relative to PaxA, PaxB, və PaxC genes, we used the likelihood ratio test as developed by Shimodaira and Hasegawa (1999, 2001). The results of tests using the PROML program in PHYLIP ( Felsenstein 2003) indicated that the tree with TriPaxB placed basal to all other Pax genes (except for PaxD) was the best tree according to likelihood scores ( table 1). Furthermore, any tree tested where the TriPaxB gene was placed in the PaxA clade was highly statistically significantly indicated as worse than the TriPaxB basal tree. Placement of the TriPaxB gene into the clade in figure 3A that holds most of the other PaxB genes, however, indicates that while these trees have worse likelihood scores than the TriPaxB basal tree, the trees are not statistically significantly worse. In table 1, tree 1 is the “TriPaxB basal” tree. Trees 2–5 and 12 and 13 are trees where TriPaxB was grafted onto a PaxA və ya PaxC branch in the tree in figure 3A. All other trees except for tree 15 are cases where TriPaxB was grafted into places in the PaxB clade in figure 3A. Tree 15 retained TriPaxB as basal but as sister to the single PaxD gen.

Results of Likelihood Ratio Tests (as Developed by Shimodaira and Hasegawa, 1999, 2001) Using the PROML Program in PHYLIP ( Felsenstein, 2003)

Tree . Log L . Differentiated Log L . P Value . Significantly Worse .
1 −1,773.0 ← Best
2 −1,839.3 −66.3 0.000 Bəli
3 −1,838.6 −65.6 0.000 Bəli
4 −1,822.9 −49.9 0.002 Bəli
5 −1,800.1 −27.2 0.041 Bəli
6 −1,788.3 −15.3 0.284 Yox
7 −1,784.2 −11.2 0.429 Yox
8 −1,785.5 −12.5 0.358 Yox
9 −1,790.5 −17.6 0.174 Yox
10 −1,788.2 −15.3 0.268 Yox
11 −1,781.2 −8.2 0.573 Yox
12 −1,822.9 −49.9 0.002 Bəli
13 −1,800.3 −27.3 0.039 Bəli
14 −1,781.2 −8.2 0.569 Yox
15 −1,773.0 −0.0 0.889 Yox
16 −1,781.0 −8.1 0.579 Yox
17 −1,780.9 −7.9 0.588 Yox
18 −1,783.8 −10.8 0.425 Yox
19 −1,785.5 −12.5 0.358 Yox
20 −1,788.8 −15.8 0.214 Yox
Tree . Log L . Differentiated Log L . P Value . Significantly Worse .
1 −1,773.0 ← Best
2 −1,839.3 −66.3 0.000 Bəli
3 −1,838.6 −65.6 0.000 Bəli
4 −1,822.9 −49.9 0.002 Bəli
5 −1,800.1 −27.2 0.041 Bəli
6 −1,788.3 −15.3 0.284 Yox
7 −1,784.2 −11.2 0.429 Yox
8 −1,785.5 −12.5 0.358 Yox
9 −1,790.5 −17.6 0.174 Yox
10 −1,788.2 −15.3 0.268 Yox
11 −1,781.2 −8.2 0.573 Yox
12 −1,822.9 −49.9 0.002 Bəli
13 −1,800.3 −27.3 0.039 Bəli
14 −1,781.2 −8.2 0.569 Yox
15 −1,773.0 −0.0 0.889 Yox
16 −1,781.0 −8.1 0.579 Yox
17 −1,780.9 −7.9 0.588 Yox
18 −1,783.8 −10.8 0.425 Yox
19 −1,785.5 −12.5 0.358 Yox
20 −1,788.8 −15.8 0.214 Yox

Results of Likelihood Ratio Tests (as Developed by Shimodaira and Hasegawa, 1999, 2001) Using the PROML Program in PHYLIP ( Felsenstein, 2003)

Tree . Log L . Differentiated Log L . P Value . Significantly Worse .
1 −1,773.0 ← Best
2 −1,839.3 −66.3 0.000 Bəli
3 −1,838.6 −65.6 0.000 Bəli
4 −1,822.9 −49.9 0.002 Bəli
5 −1,800.1 −27.2 0.041 Bəli
6 −1,788.3 −15.3 0.284 Yox
7 −1,784.2 −11.2 0.429 Yox
8 −1,785.5 −12.5 0.358 Yox
9 −1,790.5 −17.6 0.174 Yox
10 −1,788.2 −15.3 0.268 Yox
11 −1,781.2 −8.2 0.573 Yox
12 −1,822.9 −49.9 0.002 Bəli
13 −1,800.3 −27.3 0.039 Bəli
14 −1,781.2 −8.2 0.569 Yox
15 −1,773.0 −0.0 0.889 Yox
16 −1,781.0 −8.1 0.579 Yox
17 −1,780.9 −7.9 0.588 Yox
18 −1,783.8 −10.8 0.425 Yox
19 −1,785.5 −12.5 0.358 Yox
20 −1,788.8 −15.8 0.214 Yox
Tree . Log L . Differentiated Log L . P Value . Significantly Worse .
1 −1,773.0 ← Best
2 −1,839.3 −66.3 0.000 Bəli
3 −1,838.6 −65.6 0.000 Bəli
4 −1,822.9 −49.9 0.002 Bəli
5 −1,800.1 −27.2 0.041 Bəli
6 −1,788.3 −15.3 0.284 Yox
7 −1,784.2 −11.2 0.429 Yox
8 −1,785.5 −12.5 0.358 Yox
9 −1,790.5 −17.6 0.174 Yox
10 −1,788.2 −15.3 0.268 Yox
11 −1,781.2 −8.2 0.573 Yox
12 −1,822.9 −49.9 0.002 Bəli
13 −1,800.3 −27.3 0.039 Bəli
14 −1,781.2 −8.2 0.569 Yox
15 −1,773.0 −0.0 0.889 Yox
16 −1,781.0 −8.1 0.579 Yox
17 −1,780.9 −7.9 0.588 Yox
18 −1,783.8 −10.8 0.425 Yox
19 −1,785.5 −12.5 0.358 Yox
20 −1,788.8 −15.8 0.214 Yox

A second approach we took was to examine the support for the NJ tree and the parsimony tree using Bayesian statistics. The Bayesian analysis suggests that the TriPaxB gene is not supported as a member of either the PaxA–C və ya PaxB clades and supports at 95% Bayesian proportion, the basal position of the TriPaxB gen. The Bayes proportions are shown on the branches of the tree in figure 3B.

İfadəsi TriPaxB

Semiquantitative RT-PCR experiments revealed that TriPaxB is expressed in adult, i.e., growing, and vegetatively reproducing animals. Burada, TriPaxB expression is significantly higher than that of the regulatory Antp superclass gene, EMX but lower than expression of the HSP70 gene ( fig. 5). Whole-mount in situ hybridization studies revealed expression in distinct cell patches along a ring region close to the outer edge of the animal body ( fig. 6A, E., və F). Control hybridization with an aktin antisense probe shows homogeneous expression throughout the entire body, as expected for a housekeeping gene ( Fig. 6B). Control experiments with sense probes did not reveal any specific hybridization signals (data not shown, but see Jakob et al. 2004).

Interestingly, expression signals found in smaller animals were weaker than those found in larger animals (compare fig. 6AE. data not shown). Analysis of tissue sections revealed that TriPaxB-expressing cells are not epithelial cells but cells inside the animal ( fig. 6CD). Possibly these cells are undifferentiated fiber cells. Maraqlıdır ki, Hox/ParaHox gen, Trox2, shows a similar spatial expression pattern in this region of cell differentiation (on average the Trox2 signal, however, is stronger and more evenly spaced fig. 6G and Jakob et al. 2004).


Seeking Proof With Peptoids

Of course, the key to all this lies in actual experimentation. “Everything that goes back further than 2.5 to 3 billion years is speculation,” said Erich Bornberg-Bauer, a professor of molecular evolution at the Westfälische Wilhelms University of Münster in Germany. He described Dill’s work as “really a proof of concept.” The model still needs to be tested against other theoretical models and experimental research in the lab if it is truly to put up a good fight against the RNA world hypothesis. Otherwise, “it’s like the joke about physicists [assuming] cows are perfectly elastic spherical objects,” said Andrei Lupas, director of the department of protein evolution at the Max Planck Institute for Developmental Biology in Germany, who believes in an RNA-peptide world, in which the two coevolved. “Any significance ultimately comes from empirical approaches.”

That’s why Zuckermann, one of Dill’s co-authors on the PNAS paper, has begun working on a project that he hopes will confirm Dill’s hypothesis.

Twenty-five years ago, around the time that Dill proposed his HP protein-folding model, Zuckermann was developing a synthetic method to create artificial polymers called peptoids. He has used those nonbiological molecules to create protein-mimicking materials. Now he’s using peptoids to test the HP model’s predictions by examining how sequences fold and whether they would make good catalysts. In the course of this experiment, Zuckermann said, he and his colleagues will be testing thousands of sequences.

That’s sure to be messy and difficult. Dill’s HP model is highly simplified and doesn’t account for many of the complicated molecular details and chemical interactions that characterize real life. “This means we will run into atomic-level realities that the model is not capable of seeing,” Zuckermann said.

One such reality might be that a pair of foldamers would aggregate instead of catalyzing each other’s production. Skeptics of Dill’s hypothesis worry that it would be far easier for the hydrophobic patches to interact with one another instead of with other polymer chains. But according to Pohorille, the potential for aggregation doesn’t automatically mean Dill is wrong about needing those hydrophobic patches to get autocatalysis started. “Modern enzymes aren’t just smooth balls. Enzymes contain crevices that assist the process of catalysis,” he explained. If there’s aggregation between the foldamers through their landing pads, it’s possible that the resulting structure could possess such features, too.

“Even if it seems unlikely, science has to consider all the hypotheses,” Bornberg-Bauer added. “That’s what Dill is doing.”

“This model gives experimentalists like me a starting point,” Zuckermann said. “It lays down the challenge to find these primitive catalysts, to show how they work, to say: This could have really happened.”


Videoya baxın: بزاف. أصل الكلمة (Yanvar 2023).