gen Wazy
Vasa jest białkiem wiążącym RNA z helikazą RNA zależną od ATP, która jest członkiem rodziny białek DEAD box. Gen vasa jest niezbędny do komórek rozrodczych i został po raz pierwszy zidentyfikowany u Drosophila melanogaster , ale od tego czasu stwierdzono, że jest konserwowany u różnych kręgowców i bezkręgowców, w tym u ludzi. Białko Vasa znajduje się głównie w komórkach rozrodczych zarodków i dorosłych, gdzie bierze udział w określaniu i funkcjonowaniu komórek rozrodczych, a także w multipotencjalnych komórkach macierzystych, gdzie jego dokładna funkcja nie jest znana.
Gen
Gen Vasa należy do rodziny helikaz RNA DEAD box u Drosophila melanogaster. Jego ludzki ortolog, Ddx4, znajduje się na ludzkim chromosomie 5q. Jest synteniczny dla mysiego chromosomu 13, gdzie znajduje się mysi gen vasa. Gen jest zachowany u wielu gatunków bezkręgowców i kręgowców, takich jak Caenorhabditis elegans , Xenopus , danio pręgowany , płazińce , szkarłupnie , mięczaki , nicienie , myszy i szczury jako ważny element utrzymania i funkcjonowania linii zarodkowej.
Wszystkie gatunki kręgowców i Drosophila mają tylko jednego ortologa vasa . Jednak C. elegans ma cztery geny Vasa, z których tylko jeden (GLH-1) jest niezbędny.
Wszystkie geny DEAD box, w tym Vasa, mają 9 konserwatywnych motywów sekwencji. Rodzina genów Vasa wyewoluowała z duplikacji, po której nastąpiło nabycie pewnych domen. Na wczesnym etapie ewolucji zwierząt wielokomórkowych wystąpiła duplikacja genu DEAD-box związanego z PL10. Spowodowało to, że zwierzęta miały zarówno geny Vasa, jak i PL10, ale rośliny i grzyby mają tylko geny PL10 i nie mają genów Vasa. Po zdarzeniu duplikacji region N-końcowy nabył domeny Zn-golonka, które są obecnie konserwowane u bezkręgowców. Zarówno kręgowce, jak i owady utraciły domeny Zn-golonka. Liczba tych domen różni się w zależności od genów Vasa różnych gatunków. Ważna właściwość golonek Zn, którą można sklasyfikować jako klasyczną palców cynkowych , jest to, że są w stanie wiązać się z jedno- i dwuniciowym DNA lub RNA. Obecność knykci Zn u bezkręgowców i brak u kręgowców może wskazywać na różnice w docelowych miejscach wiązania. Ich obecność może mieć znaczenie dla funkcji poza rozwojem linii zarodkowej. Wyjątkiem od tej teorii jest obecność kostek Zn we wszystkich czterech C. elegans Vasa, które są ograniczone do funkcji w linii zarodkowej.
Białko
Produkt białkowy u ludzi ma 724 aminokwasy, masę cząsteczkową 79 kDa i 8 konserwowanych domen we wszystkich białkach typu DEAD-box, które biorą udział w aktywności helikazy RNA. Domena V zawiera motyw DEAD. Podobnie jak w przypadku innych białek związanych z Vasa, ludzka Vasa ma koniec N bogaty w glicynę i powtórzenia motywu RGG, które działają w wiązaniu RNA.
Vasa jest regulowana na poziomie transkryptu i białka. Rozwijające się zarodki i dorosłe osobniki regulują ekspresję Vasa do określonych miejsc w komórkach i tkankach. U Drosophila zygotyczna transkrypcja Vasa zachodzi w komórkach biegunowych i pozostaje specyficzna dla linii zarodkowej przez całe życie organizmu.
Promotor Vasa jest regulowany przez metylację. W komórkach, w których Vasa jest transkrybowana pomyślnie, promotor jest hipometylowany, a we wszystkich innych komórkach jest metylowany. Kiedy Vasa jest hipermetylowany w jądrach, mogą wystąpić defekty spermatogenezy.
Post-transkrypcyjnie Vasa ma kilka form składania u różnych zwierząt. W Parhyale hawaiensis transkrypt Vasa jest równomiernie rozmieszczony w zarodku i jest zlokalizowany w zależności od stabilizacji 3'UTR ( regionu nieprzetłumaczonego na komórki linii zarodkowej. Translacja może być hamowana przez elementy regulatorowe cis w 5 'i 3' UTR transkryptu Mogą hamować translację, tworząc drugorzędowe struktury RNA lub wiążąc czynniki działające w trans. Lokalizacja ekspresji Vasa jest kierowana przez represję tych szlaków hamujących translację.
Posttranslacyjnie u Drosophila białko Vasa jest zlokalizowane w plazmie biegunowej podczas rozwoju embrionalnego. Wiele innych białek Drosophila jest również zlokalizowanych na biegunach. Na przykład stwierdzono, że oskar lokalizuje się w biegunowej plazmie i może być zaangażowane w zakotwiczanie Vasa w polarnych granulkach w tylnym biegunie oocytu. Inny enzym, fasetki tłuszczowe, może dalej stabilizować Vasę w plazmie biegunowej. Inne modyfikacje potranslacyjne obejmują fosforylację ortologu Vasa u C. elegans i metylację argininy w konserwatywnym regionie myszy, Xenopus i geny Drosophila Vasa.
Funkcjonować
Jedną z głównych funkcji białka Vasa jest określanie i funkcja komórek rozrodczych. Wykorzystuje aktywność katalityczną helikazy RNA zależną od ATP do regulacji translacji wielu mRNA. Vasa rozwija dupleks RNA przez wiązanie i zginanie krótkich odcinków dupleksu w sposób nieprocesowy. Konserwowana domena może działać jako białka opiekuńcze poprzez rozwijanie drugorzędowych struktur RNA i prawidłowe fałdowanie. splicing pre-mRNA, biogeneza rybosomów, eksport jądrowy, regulacja i degradacja translacji.
Stwierdzono, że Vasa wiąże RNA w sposób specyficzny dla sekwencji. W Drosophila Vasa wiąże bogaty w uracyl motyw mei-P26 UTR. Mutacja w Vasa zmniejszyła interakcję między Mei-P26 a czynnikiem inicjującym elF58, co z kolei znacznie zmniejszyło translację genu.
Niedawne dowody na bezkręgowcach sugerują, że Vasa odgrywa rolę w multipotencjalnych komórkach macierzystych, ale dokładna funkcja nie jest znana.
Mutacje
Drosophila
Mutacja zerowa powoduje bezpłodność samic z powodu poważnych defektów w oogenezie, ale samce są płodne.
Mutacje homozygotyczne powodujące częściową utratę funkcji umożliwiają zapłodnienie komórek jajowych, ale zarodkom brakuje komórek rozrodczych.
Mus musculus
Mutacje w homologu Vasa, Mvh , powodują defekty spermatogenezy, ale samice są płodne. Męska bezpłodność może być spowodowana niedoborami w proliferacji i różnicowaniu komórek rozrodczych (mysi homolog Droso.). Płodność kobiet może wynikać z nadmiarowości funkcjonalnej innych członków rodziny DEAD-box. Mutacja zerowa nadal umożliwia tworzenie się pierwotnych komórek rozrodczych, ale ma poważne wady.
Homo sapiens
Chociaż nie przeprowadzono badań nad mutacjami Vasa u ludzi, jest prawdopodobne, że spowodowałoby to bezpłodność.
Te specyficzne dla płci fenotypy u myszy i mutantów Drosophila sugerują, że Vasa albo reguluje inaczej, albo ma różne funkcje docelowe w dwóch typach linii zarodkowych.
Dystrybucja tkankowa i subkomórkowa
Ekspresja Vasa jest ograniczona do komórek specyficznych dla tkanki. Do niedawna uważano, że białko Vasa występuje tylko w gametach i jest niewykrywalne w komórkach somatycznych. W komórkach rozrodczych Vasa ulega ekspresji w cytoplazmie. Podczas embriogenezy Vasa ulega ekspresji w migrujących pierwotnych komórkach rozrodczych (PGC) na grzbiecie gonad zarówno u mężczyzn, jak iu kobiet. Ta specyficzność pozwala na stosowanie Vasa jako wysoce specyficznego markera dla komórek rozrodczych. U pacjenta z zespołem komórek Sertolego nie wykryto sygnału Vasa w biopsji jądra. Jednak ostatnie badania pokazują, że Vasa działa również w innych komórkach.
Badanie przeprowadzone na Macrostomum lignano wykazało ekspresję Vasa w multipotentnych komórkach macierzystych neoblastów oprócz komórek rozrodczych. Jednak knockdown RNAi ujawnił, że albo Vasa nie jest niezbędna w tym organizmie, albo jest funkcjonalnie zbędna przez inne geny podobne do Vasa. Podobne wyniki uzyskano w badaniach kolonialnego ascidiana Botryllus primigenus , ostryg , teleoste , żaby szponiastej , pasożytniczej osy i skorupiaka Parhyale hawaiensis .
Ekspresję Vasa zaobserwowano w nabłonkowych komórkach raka jajnika. Stwierdzono, że powstrzymuje punkt kontrolny G2 wywołany uszkodzeniem DNA poprzez obniżenie ekspresji innego genu. Vasa jest również obecna w zarodkowych komórkach macierzystych kurcząt, gdzie indukuje ekspresję genów linii zarodkowej. Ta funkcja nadal wspiera najważniejszą rolę Vasa w rozwoju linii zarodkowej. U parzydełkowców Vasa odgrywa rolę w komórkach nerwowych i komórkach gruczołów. Inne przykłady obejmują Vasa w klastrze multipotentnych komórek macierzystych Polyascus polygenea , Vasa w komórkach pomocniczych jajników ostryg, Vasa w liniach niezwiązanych z linią zarodkową ślimaka Ilyanassa , Vasa w progenitorowej mezodermalnej tylnej strefie wzrostu polichaete annelid Platynereis dumerilii i Vasa obecny w segmentach niegenetycznych podczas rozwoju skąposzczetów . Ale nie ma doniesień o ekspresji vasa poza komórkami linii zarodkowej u kręgowców lub owadów .
Wyrażenie
U Drosophila ekspresję vasa obserwuje się w komórkach rozrodczych, w szczególności w komórkach macierzystych linii zarodkowej (GSC) żeńskich jajników oraz we wczesnych stadiach spermatogenezy w męskich jądrach .
Barwiący
Ze względu na lokalizację vasa , barwienie immunohistochemiczne można przeprowadzić za pomocą przeciwciał vasa . Na przykład vasa jest specyficzne dla komórek rozrodczych w germarium D. melanogaster .
Białko to jest zlokalizowane w cytoplazmie komórek rozrodczych płodu oraz w cytoplazmie rozwijających się oocytów u ssaków.