Ponadczasowy (gen)

ponadczasowe
identyfikatory
Organizm D. melanogaster
Symbol tym
Entrez 33571
RefSeq (mRNA) NM_164542
RefSeq (Prot) NP_722914
UniProt P49021
Inne dane
Chromosom 2L: 3,49 - 3,51 MB
Szukaj
Struktury Model szwajcarski
Domeny InterPro

Timeless ( tim ) to gen występujący u wielu gatunków, ale najbardziej znany jest ze swojej roli u Drosophila w kodowaniu TIM, niezbędnego białka regulującego rytm dobowy . Ponadczasowe mRNA i białko oscylują rytmicznie w czasie jako część pętli ujemnego sprzężenia zwrotnego transkrypcja-translacja, obejmującej gen okres ( per ) i jego białko.

Odkrycie

W 1994 roku odkryto bezczasowość dzięki genetycznym badaniom przesiewowym przeprowadzonym przez Jeffery'ego L. Price'a podczas pracy w laboratorium Michaela W. Younga . Gen ten został znaleziony, gdy zauważyli arytmicznego tim 01 na ekranie elementu P. Mutacja tim 01 powodowała zachowania arytmiczne, definiowane jako brak możliwości ustalenia prawidłowych rytmów okołodobowych. W 1995 roku Amita Sehgal i jej partnerzy sklonowali ponadczasowy gen w laboratorium Michaela W. Younga. W przeciwieństwie do Drosophila ponadczasowy gen, homologi zostały odkryte u innych gatunków, które nie są niezbędne dla rytmu okołodobowego. Odkrycie bezczasowości nastąpiło po odkryciu mutantów okresu w 1971 r. poprzez badania genetyczne, sklonowanie per w 1984 r. i eksperyment określający, że per jest okołodobowy w 1990 r. Nastąpiło to w okresie gwałtownej ekspansji w dziedzinie chronobiologii w lata 90.

Struktura

Ponadczasowe, N-końcowe
identyfikatory
Symbol PONADCZASOWY
Pfam PF04821
InterPro IPR006906
Dostępne struktury białek:
Pfam   konstrukcje / ECOD  
WPB RCSB WPB ; PDBe ; WPBj
Suma WPB podsumowanie struktury
WPB 5MQI

Długość regionu kodującego ponadczasowego genu Drosophila wynosi 4029 par zasad, z których transkrybowane jest białko o długości 1398 aminokwasów . Gen zaczyna się w konsensusowym miejscu czapeczki powyżej kodonu metioniny . Zawiera 11 egzonów i 10 intronów . U różnych gatunków Drosophila ponadczasowe białko TIM zawiera bardziej konserwatywne domeny funkcjonalne i sekwencje aminokwasowe niż jego odpowiednik, PER (białko kodowane przez per ). CLD był najmniej konserwowany z tych regionów pomiędzy D. virilis i D. melanogaster . Te konserwatywne części obejmują: domenę interakcji PER, sygnał lokalizacji jądrowej (NLS), domenę lokalizacji cytoplazmatycznej (CLD), koniec N (niefunkcjonalny) i koniec C. Wiadomo również, że TIM ma podstawowy region, który oddziałuje z domeną PAS białka PER i centralny region kwasowy. Istnieje również region o nieznanej funkcji w pobliżu N-końca białka TIM, który zawiera sekwencję 32 aminokwasów, która po usunięciu powoduje arytmiczne zachowanie muchy. U różnych gatunków Drosophila, takich jak D. virilis i D. melanogaster , metionina inicjująca translację ponadczasowego genu do TIM znajduje się w różnych miejscach, z miejscem startowym D. virilis poniżej miejsca startowego u D. melanogaster .

Ponadczasowe homologi

identyfikatory
limitu czasu
Organizm muszka owocowa
Symbol tym-2
UniProt Q8INH7
Szukaj
Struktury Model szwajcarski
Domeny InterPro
Przekroczenie limitu czasu, C-terminal (PAB)
Identyfikatory
4XHT asyr r 250.jpg
ludzkich TIMELESS PAB
Symbol TIMELESS_C
Pfam PF05029
InterPro IPR006906
Dostępne struktury białek:
Pfam   konstrukcje / ECOD  
WPB RCSB WPB ; PDBe ; WPBj
Suma WPB podsumowanie struktury
WPB 4XHT

Homolog Drosophila

Ponadczasowy gen jest istotnym składnikiem molekularnego zegara dobowego u Drosophila . Działa jako część autoregulacji pętli sprzężenia zwrotnego w połączeniu z produktem genu okresu (na), jak zauważono we wspólnych badaniach przeprowadzonych przez laboratoria Michaela W. Younga i Amity Sehgal. Dalsze badania przeprowadzone przez laboratoria Younga, Sehgala, Charlesa Weitza i Michaela Rosbasha wykazały, że ponadczasowe białko (TIM) i białko okresowe (PER) tworzą heterodimer, który wykazuje rytmy dobowe u Drosophila typu dzikiego . Naukowcy z laboratorium Rosbasha wykazali również, że tim i poziomy białka TIM mają rytmy okołodobowe podobne do rytmów okresu ( per ) mRNA i jego produktu. Eksperymenty przeprowadzone wspólnie przez laboratoria Weitz, Young i Sehgal przy użyciu drożdży 2-hybrydowych dowiodły, że TIM bezpośrednio wiąże się z PER. Wczesnym wieczorem PER i TIM dimeryzują i gromadzą się. Późno w nocy dimer wędruje do jądra, aby zahamować per i tim transkrypcja. W 1996 roku zespoły Sehgala, Edery'ego i Younga odkryły, że ekspozycja na światło prowadzi do degradacji TIM, a następnie PER.

Heterodimer PER/TIM negatywnie reguluje transkrypcję genów okresowych ( per ) i bezczasowych ( tim ). W ramach tej pętli ujemnego sprzężenia zwrotnego najpierw w cytoplazmie tworzą się heterodimery PER/TIM, gromadzą się, a następnie przemieszczają do jądra. Kompleks następnie blokuje zegar dodatnich czynników transkrypcyjnych (CLK) i cykl (CYC), hamując w ten sposób transkrypcję per .

Jako część zegara okołodobowego, bezczasowość jest niezbędna do wejścia w cykle światło-ciemność (LD). Typowa długość okresu wolno biegającej Drosophila wynosi 23,9 godziny, co wymaga dostosowania do 24-godzinnego cyklu środowiskowego. Adaptacja zaczyna się od ekspozycji na światło. Proces ten prowadzi do szybkiej degradacji białka TIM, umożliwiając organizmom przejście o świcie do cykli środowiskowych.

Zegar dobowy drosophila

W cyklach jasno-ciemno poziom białka TIM gwałtownie spada późną nocą/wczesnym rankiem, po czym następują podobne, ale bardziej stopniowe zmiany poziomu białka PER. Degradacja TIM jest niezależna od per i jego białka i uwalnia PER z kompleksu PER/TIM. W niektórych typach komórek kryptochrom białka fotoreceptora (CRY) fizycznie łączy się z TIM i pomaga regulować degradację zależną od światła. CRY jest aktywowany przez niebieskie światło, które wiąże się z TIM i oznacza jego degradację. To kończy represję PER/TIM transkrypcji per i tim , w której pośredniczy CLK/CYC , umożliwiając per i tim , które ma zostać wyprodukowane, aby wznowić cykl.

Mechanizm ten umożliwia porywanie much w kierunku środowiskowych sygnałów świetlnych. Kiedy Drosophila otrzymuje sygnały świetlne we wczesnej subiektywnej nocy, degradacja TIM wywołana światłem powoduje opóźnienie w akumulacji TIM, co powoduje opóźnienie fazowe. Kiedy sygnały świetlne są odbierane późną subiektywną nocą, impuls świetlny powoduje degradację TIM wcześniej niż w normalnych warunkach, co prowadzi do przesunięcia fazy.

U Drosophila negatywny regulator PER z kompleksu PER/TIM jest ostatecznie degradowany przez cykl fosforylacji , w którym pośredniczy kinaza kazeinowa , umożliwiając fluktuacje ekspresji genów zgodnie z sygnałami środowiskowymi. Białka te pośredniczą w oscylacyjnej ekspresji czynnika transkrypcyjnego VRILLE (VRI), który jest wymagany do rytmiczności behawioralnej, ekspresji per i tim oraz akumulacji PDF (czynnika rozpraszającego pigment).

Gryllus bimaculatus (świerszcz dwukropki).

Ponadczasowość nie wydaje się być niezbędna do oscylacji zegara dobowego dla wszystkich owadów. U Gryllus bimaculatus typu dzikiego mRNA , tim wykazuje rytmiczną ekspresję zarówno w LD, jak i DD (cykle ciemno-ciemno) podobnie jak u per , osiągając maksimum podczas subiektywnej nocy. Po wstrzyknięciu dwuniciowego RNA tim ( dstim ), poziomy mRNA tim zostały znacznie obniżone, a rytm okołodobowy ekspresji został wyeliminowany. Po dstm jednak dorosłe świerszcze wykazywały wyraźny rytm lokomotoryczny w ciągłej ciemności, z okresem swobodnego biegu znacznie krótszym niż świerszcze kontrolne, którym wstrzyknięto Discosoma sp. dsRNA Red2 (DsRed2). Wyniki te sugerują, że w krykiecie czas odgrywa pewną rolę w dostrajaniu okresu swobodnego biegania, ale może nie być niezbędny do oscylacji zegara dobowego.

Homolog ssaków

W 1998 roku naukowcy zidentyfikowali mysi homolog i ludzki homolog ponadczasowego genu Drosophila . Dokładna rola TIM u ssaków jest nadal niejasna. ponadczasowym ssakiem ( mTim ) u myszy sugerują, że gen może nie odgrywać u ssaków tej samej zasadniczej roli, co u Drosophila jako niezbędna funkcja zegara okołodobowego. Podczas gdy Tim jest wyrażany w jądrze nadskrzyżowaniowym (SCN), który jest uważany za główny oscylator u ludzi, jego transkrypcja nie oscyluje rytmicznie w stałych warunkach, a białko TIM pozostaje w jądrze.

Zegar dobowy ssaków

Jednak wykazano, że mTim jest niezbędny do rozwoju embrionalnego u myszy, co wskazuje na inną funkcję genu niż u Drosophila . Sugeruje to rozbieżność między zegarami ssaków a Drosophila . Co więcej, tim ssaków jest bardziej ortologiczny do paralogu Tim-2 ( Timeout ) genu Drosophila Timeless niż sam gen. Podobnie jak tim-2 , ortologi ssaków mają C-końcową domenę wiążącą PARP1 (PAB). Kompleks, z którego pochodzą, promuje naprawa DNA w drodze rekombinacji homologicznej .

ponadczasowe białko bezpośrednio łączy cykl komórkowy z rytmem okołodobowym u ssaków. W tym modelu. określane jako „bezpośrednie sprzężenie”, te dwa cykle dzielą kluczowe białko, którego ekspresja wykazuje cykl dobowy. Zasadniczą rolę Tima u Drosophila w tworzeniu rytmu okołodobowego spełnia Cry u ssaków. U ssaków Cry i Per jest aktywowana przez kompleks CLOCK / BMAL1 i tłumiona przez kompleks PER / CRY.

ludzie

ponadczasowe homologiczne (ludzkie)
identyfikatory
Symbol PONADCZASOWY
Alt. symbolika hTIM
gen NCBI 8914
HGNC 11813
OMIM 603887
RefSeq NM_003920
UniProt Q9UNS1
Inne dane
Umiejscowienie Chr. 12 q12-q13
Szukaj
Struktury Model szwajcarski
Domeny InterPro

że ludzkie bezczasowe białko (hTIM) jest wymagane do wytwarzania oscylacji elektrycznych wytwarzanych przez jądro nadskrzyżowaniowe (SCN), główny zegar regulujący wszystkie rytmy okołodobowe organizmu specyficzne dla tkanki. Białko to oddziałuje również z produktami głównych genów zegarowych CLOCK , BMAL , PER1 , PER2 i PER3 .

Sancar i współpracownicy zbadali, czy hTIM odgrywa podobną rolę do ortologów w C. elegans i rodzajach drożdży, o których wiadomo, że odgrywają ważną rolę w cyklu komórkowym . Ich eksperymenty sugerują, że hTIM odgrywa integralną rolę w G2/M i wewnątrz S. W odniesieniu do punktu kontrolnego G2/M, hTIM wiąże się z podjednostką ATRIP na ATR – kinazie białkowej wrażliwej na uszkodzenia DNA. To wiązanie między hTIM i ATR prowadzi następnie do fosforylacji Chk1 , powodując zatrzymanie cyklu komórkowego lub apoptozę. Proces ten służy jako ważna kontrola w celu zatrzymania proliferacji komórek z uszkodzeniem DNA przed mitotycznym . Rola hTIM w punkcie kontrolnym wewnątrz S jest mniej jasna na poziomie molekularnym; jednak regulacja w dół hTIM prowadzi do zwiększenia szybkości generowania widełek replikacyjnych - nawet w przypadku uszkodzenia DNA i innych odpowiedzi regulacyjnych.

Obecne badania

Stwierdzono również, że gen Timeless wpływa na rozwój chorób u ludzi . Regulacja w dół bezczasowego genu w ludzkich komórkach raka prowadzi do skrócenia telomerów , co wskazuje na jego rolę w utrzymaniu długości telomerów. Uszkodzenia DNA związane z telomerami również zwiększają się w bezczasowo zubożonych komórkach, wraz z opóźnieniem replikacji telomerów. Swi1 jest ponadczasowym białkiem, które jest wymagane do replikacji DNA w regionie telomerów. To skojarzenie między ponadczasowymi a telomery wskazuje na możliwy związek genu z rakiem.

Substytucja polimorfizmu pojedynczego nukleotydu, która powoduje transformację glutaminy do argininy w sekwencji aminokwasowej w ludzkim ponadczasowym genie, nie wykazuje związku ani z tendencjami do poranności, ani do wieczorności u ludzi. Jest to zgodne z innymi badaniami, które sugerują, że htim nie jest ważny w rytmie okołodobowym człowieka.

Obecnie często stwierdza się, że ponadczasowość ulega nadekspresji w wielu różnych typach nowotworów. W badaniu, w którym wykorzystano siRNA ukierunkowane na czas , a następnie mikromacierz ekspresyjną całego genomu, a także analizę sieci. Dalsze testowanie bezczasowej regulacji w dół szybkości proliferacji komórek linii komórkowej raka szyjki macicy i piersi. Stwierdzono, że podwyższona ekspresja Timeless była istotnie związana z bardziej zaawansowanym stadium nowotworu i gorszym rokowaniem w raku piersi. Podobieństwo sygnatur ekspresji genów pozwoliło zidentyfikować TIMELESS jako supresor kinazy Ras -1 (KSR1)-podobny i potencjalny cel wymagany do przeżycia komórek nowotworowych. Nadekspresja TIMELESS stanowi lukę w nowotworach kierowanych przez Ras, która oferuje potencjalny wgląd w nowe i selektywne cele występujące w nowotworach kierowanych przez Ras, które można wykorzystać do opracowania selektywnych i skuteczniejszych terapii.

Zobacz też

Dalsza lektura

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Timeless_(gene)&oldid=1142050748 ”