Daf-16
| DAF-16 | |
|---|---|
| Gen | DAF-16 |
| Białko | FOXO |
| Lokalizacja | Chromosom 1 |
| Pozycja | 175-268 |
| Organizm | Caenorhabditis elegans |
DAF-16 jest jedynym ortologiem rodziny czynników transkrypcyjnych FOXO u nicienia Caenorhabditis elegans . Odpowiada za aktywację genów zaangażowanych w długowieczność , lipogenezę , przetrwanie szoku cieplnego i reakcje na stres oksydacyjny . Chroni również C.elegans podczas niedoboru pożywienia, powodując, że przechodzi w stan podobny do hibernacji , znany jako Dauer . DAF-16 wyróżnia się tym, że jest głównym czynnikiem transkrypcyjnym wymaganym do głębokiego wydłużenia życia obserwowanego po mutacji receptora insulinopodobnego DAF-2 . Gen odegrał dużą rolę w badaniach nad długowiecznością i szlakiem sygnałowym insuliny, ponieważ znajduje się w C. elegans , pomyślnie starzejącym się organizmie modelowym.
Genetyka
DAF-16 jest genem konserwatywnym u różnych gatunków, z homologami występującymi u C. elegans , ludzi , myszy i Drosophila (muszki owocówki). W C. elegans DAF-16 znajduje się na chromosomie 1 , w pozycji 175-268. Składa się z 15 eksonów . DAF-16 jest również zlokalizowany poniżej DAF-2 , który sygnalizuje szlak IIS . Mutanty w tym szlaku starzeją się wolniej i mają nawet dwukrotnie dłuższą żywotność niż normalnie. Dalsze badania wykazały, że wydłużenie żywotności zależy od DAF-16. Innym skutkiem mutacji w genie DAF-16 jest niezdolność do tworzenia dauerów.
FOXO (białko Forkhead box O)
DAF-16 koduje FOXO (Forkhead box protein O), które wiąże się z promotorami genów zawierającymi w swoim regionie regulatorowym sekwencję TTGTTTAC – jest to element wiążący DAF-16 (DBE). FOXO bierze udział w szlaku sygnałowym Insulina/IGF1 (IIS) , który wpływa na długowieczność , lipogenezę , powstawanie dauera , reakcje na szok termiczny i stres oksydacyjny , poprzez aktywację białek, takich jak MnSOD i katalaza . Ekspresja FOXO w jelicie zwykle prowadzi do sygnalizacji długowieczności. Wykazano, że FOXO odgrywa rolę ochronną przed rakiem , ponieważ reguluje i hamuje geny zaangażowane w powstawanie nowotworów . Pełni również rolę ochronną przed dystrofią mięśniową . FOXO jest również ważny w rozwoju embrionalnym , ponieważ promuje apoptozę .
Sygnalizacja insuliny
hormony peptydowe kierujące funkcjami energetycznymi, takimi jak metabolizm glukozy i lipidów . Szlak sygnalizacyjny jest konserwowany ewolucyjnie i występuje u różnych gatunków . Sygnalizacja zachodzi przez kinazy, takie jak PI3K , w celu wytworzenia produktów fosfolipidowych, takich jak AKT . Powoduje to dalszą fosforylację celów, takich jak DAF-16, przez kaskadę fosforylacji , blokując wejście do jądra. Dlatego zmniejszenie sygnalizacji insuliny generalnie prowadzi do wzrostu ekspresji FOXO, ponieważ DAF-16 nie jest już hamowany przez AKT. Gdy nie jest fosforylowany, DAF-16 jest aktywny i obecny w jądrze, więc FOXO może podlegać transkrypcji i może zwiększać produkcję około 100 korzystnych białek, które zwiększają długowieczność.
Gatunki, tkanki, rozmieszczenie subkomórkowe
C. elegans jest jedynym znanym gatunkiem zawierającym gen DAF-16, chociaż ortologi są konserwowane u różnych gatunków. DAF-16 może lokalizować się w jądrze lub cytoplazmie , w zależności od zasobów. W warunkach bogatych w składniki odżywcze, DAF-2 i AKT-1/AKT-2 w szlaku insuliny hamują wejście DAF-16 do jądra, gdy jest ono fosforylowane . Jednak głód, ciepło i stres oksydacyjny hamują fosforylację przez AKT i umożliwiają lokalizację DAF-16 w jądrze. DAF-16 jest sekwestrowany w cytoplazmie, gdy jest związany z ftt-2 . Translokacja do jądra i translacja genów długowieczności następuje po związaniu DAF-16 z prmpt-1 Translokacja do jądra jest również promowana przez jnk-1 w stresie cieplnym i sek-1 w stresie oksydacyjnym.
Wyrażenie
Izoforma b i izoforma c ulegają ekspresji w mięśniach , ektodermie , jelicie i neuronach . Izoforma b jest dodatkowo wyrażana w gardle . Ekspresję można wywołać kwasem chinowym .
Znaczenie kliniczne
Implikacja w starzeniu się
DAF-16 jest niezbędny do tworzenia dauer i ochrony C. elegans w okresach głodu, ponieważ mutanty utraty funkcji DAF-16, DAF-18 i DAF-12 tracą zdolność do tworzenia dauerów. Badanie z 2003 roku przeprowadzone przez Murphy'ego i in. wykazało znaczenie DAF-16 dla długowieczności, ponieważ reguluje w górę geny zaangażowane w wydłużanie długości życia, takie jak geny odpowiedzi na stres, i reguluje w dół określone geny skracające życie. Udowodniono, że telomery mają wpływ na proces starzenia , aw przypadku C. elegans wydłużające życie działanie długich telomerów jest zależne od DAF-16. Mutacje DAF-2 ponad dwukrotnie wydłużają żywotność C. elegans , a efekt ten jest zależny od aktywności DAF-16, ponieważ koduje członka rodziny jądrowej 3 hepatocytów (HNF3)/ rodziny czynników transkrypcyjnych Forkhead .
C. elegans jest od dawna wykorzystywana w badaniach starzenia. Chociaż DAF-16 zwiększa długowieczność, traktowanie C. elegans resweratrolem wydłuża życie w metodzie niezależnej od DAF-16 iw pełni zależnej od SIR2.1 .
Interakcje
Wiadomo, że DAF-16 wchodzi w interakcje z:
Historia
W 1963 roku Sydney Brenner zdał sobie sprawę, że sukces biologii był spowodowany organizmami modelowymi i od tego czasu C. elegans jest szeroko stosowany w laboratoriach badawczych. W 1998 roku genom C. elegans został całkowicie zsekwencjonowany i stwierdzono, że jest to sekwencja genomowa o wielkości 97 megabaz, składająca się z 19 000 genów, przy czym 40% produktów białkowych ma znaczące dopasowania w innych organizmach. Geny DAF DAF-2 i DAF-16 odkryto w laboratoriach Thomasa i Ruvkuna, po wyizolowaniu mutantów konstytutywnych dauera (DAF-c) i mutantów defektywnych dauera (DAF-d) . Mutacje w DAF-2 i DAF-23 spowodowały dauer - fenotyp konstytutywny, poprzez aktywację dauer - wadliwych genów DAF-16 i DAF-18. To pokazało, że DAF-2 i DAF-23 zapobiegają aresztowaniu Dauera poprzez antagonizowanie DAF-16 i DAF-18
Znani naukowcy zaangażowani we wstępną i dalszą charakterystykę szlaków starzenia związanych z DAF-16: