Πληροφορίες

Η ισομορφή του γονιδίου έχει διαφορετική γενετική θέση;

Η ισομορφή του γονιδίου έχει διαφορετική γενετική θέση;


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.

Θα ήθελα να καταλάβω πώς εκχωρείται ένα γονίδιο σε μια συγκεκριμένη συντεταγμένη (π.χ. NOC2L Chr1 879583(Έναρξη) 894679(Τέλος)). Στη συνέχεια, ας υποθέσουμε ότι το γονίδιο NOC2L έχει μερικές διαφορετικές ισομορφές, αυτές οι ισομορφές έχουν διαφορετική θέση έναρξης και λήξης; Ποιος είναι ο ορισμός της θέσης έναρξης και λήξης ενός γονιδίου;


Τα γονίδια ορίζονται από ένα γονιδίωμα αναφοράς - ένα γονιδίωμα που θεωρείται το πρότυπο για σύγκριση. Αυτή η αναφορά ορίζεται από την κατασκευή του γονιδιώματος με την οποία συγκρίνετε, επομένως υπάρχουν διαφορετικές κατασκευές που βασίζονται σε διαφορετικές συναθροίσεις πληροφοριών. Αυτά ενημερώνονται καθώς ολοκληρώνεται η νέα, πληρέστερη αλληλουχία των γονιδιωμάτων (π.χ. περιοχές χαμηλής πολυπλοκότητας κ.λπ.). Αυτή τη στιγμή για τους ανθρώπους είμαστε μέχρι GRCh38 (Genome Reference Consortium, ανθρώπινο κτίσμα 38).

Γενικά, οι περισσότερες θέσεις γονιδίων δεν αλλάζουν σημαντικά μεταξύ των δομών, καθώς αυτές είναι αρκετά καλά καθορισμένες - μπορούμε να αναγνωρίσουμε τις αλληλουχίες προαγωγέα, καθώς και τα κωδικόνια έναρξης (ATG) και τερματισμού (TAG, TGA ή TAA). Η αλληλουχία των γονιδίων διατηρείται σε μεγάλο βαθμό, επομένως συγκρίνοντας πολλές αλληλουχίες της ίδιας περιοχής, μπορούμε να δούμε ποια δυαδικά ψηφία διατηρούνται εντός αυτής της αλληλουχίας και έτσι να αναγνωρίσουμε εάν πρόκειται για γονίδιο. Μπορούμε επίσης να συγκρίνουμε με αλληλουχημένο cDNA (από mRNA) που είναι η μεταγραφόμενη μορφή του DNA και να αναγνωρίσουμε την αλληλουχία από αυτό.

Όσον αφορά τις ισομορφές. εξαρτάται από την ισόμορφη, μερικές φορές αυτή η μορφή έχει μικρότερη ή μεγαλύτερη ακολουθία, αλλά συχνά είναι μια τροποποιημένη (αλλά ίδια μήκος) ακολουθία που φέρει ένα ποσοστό του πληθυσμού. Ωστόσο, γενικά το μεγαλύτερο μέρος της αλληλουχίας θα είναι η ίδια ή πολύ παρόμοια με το γονίδιο αναφοράς.


Η ισομορφή του γονιδίου έχει διαφορετική γενετική θέση; - Βιολογία

Τρεις κύριες ισομορφές PITX2 εκφράζονται διαφορετικά σε ιστούς ανθρώπου, ποντικού, ζέβρα, νεοσσού και βατράχου. Για να αποδείξουμε τη διαφορική ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης από αυτές τις ισομορφές χρησιμοποιήσαμε τρεις διαφορετικούς προαγωγείς και τρεις κυτταρικές σειρές. Η παροδική επιμόλυνση κυτταρικών σειρών ωοθηκών κινέζικου χάμστερ, HeLa και LS-8 αποκάλυψε διαφορές στην ενεργοποίηση PITX2A και PITX2C τουPLOD1 και Dlx2 προαγωγείς, ωστόσο, το PITX2B είναι ανενεργό. Αντίθετα, το PITX2B ενεργοποιεί το ειδικό για την υπόφυσηΠρολακτίνη προαγωγέα σε υψηλότερα επίπεδα από PITX2A ή PITX2C. Είναι ενδιαφέρον ότι η συνεπιμόλυνση οποιουδήποτε από τα δύο PITX2A ήPITX2C με PITX2B έχει ως αποτέλεσμα τη συνεργική ενεργοποίηση του PLOD1 και Dlx2 υποστηρικτές. Επιπλέον, οι ισομορφές PITX2 έχουν διαφορετική μεταγραφική δραστηριότητα που εξαρτάται από τα κύτταρα που χρησιμοποιούνται για την ανάλυση επιμόλυνσης. Απομονώσαμε και ένα τέταρτο PITX2 ισομορφή (PITX2D) εκφράζεται μόνο στους ανθρώπους, το οποίο δρα για την καταστολή της μεταγραφικής δραστηριότητας των άλλων ισομορφών PITX2. Δοκιμασίες μετατόπισης ηλεκτροφορητικής κινητικότητας και γλουταθειόνη μικρό-Πειράματα pull-down τρανσφεράσης έδειξαν ότι όλες οι ισομορφές αλληλεπιδρούν με το PITX2D και ότι το PITX2B σχηματίζει ετεροδιμερή σύμπλοκα με τα PITX2A και PITX2C. Η έρευνά μας παρέχει μια μοριακή βάση για διαφορική γονιδιακή ρύθμιση μέσω της έκφρασης των ισομορφών PITX2. Οι δραστηριότητες ισομορφών PITX2 αφορούν τόσο τους προαγωγείς όσο και τα κύτταρα και τα δεδομένα μας αποκαλύπτουν νέους μηχανισμούς για γονιδιακή έκφραση ρυθμιζόμενη από PITX2.


Συνθήκες υγείας που σχετίζονται με γενετικές αλλαγές

Σύνδρομο Laron

Τουλάχιστον 70 μεταλλάξεις στο GHR Έχει βρεθεί ότι προκαλεί το σύνδρομο Laron, μια σπάνια μορφή κοντού αναστήματος που χαρακτηρίζεται επίσης από παχυσαρκία, χαρακτηριστική εμφάνιση του προσώπου και άλλα σημεία και συμπτώματα που επηρεάζουν πολλαπλά συστήματα του σώματος. Όλες οι μεταλλάξεις που εντοπίστηκαν βλάπτουν τη λειτουργία του υποδοχέα της αυξητικής ορμόνης. Οι περισσότερες από τις μεταλλάξεις επηρεάζουν την εξωκυτταρική περιοχή του υποδοχέα, εμποδίζοντάς τον να δεσμευτεί αποτελεσματικά με την αυξητική ορμόνη. Μερικές μεταλλάξεις επηρεάζουν την ενδοκυτταρική περιοχή του υποδοχέα, μειώνοντας ή εξαλείφοντας την ικανότητά του να πυροδοτεί τα σήματα που προάγουν την ανάπτυξη.

Αν και οι άνθρωποι με GHR γονιδιακές μεταλλάξεις παράγουν αυξητική ορμόνη, οι ελαττωματικοί υποδοχείς εμποδίζουν τα κύτταρα να ανταποκριθούν στην ορμόνη παράγοντας IGF-I ή ενεργοποιώντας την κυτταρική ανάπτυξη και διαίρεση. Η αδυναμία των κυττάρων να αντιδράσουν στην αυξητική ορμόνη, η οποία περιγράφεται ως αναισθησία της αυξητικής ορμόνης, διαταράσσει τη φυσιολογική ανάπτυξη πολλών διαφορετικών ιστών. Το κοντό ανάστημα προκύπτει όταν η αυξητική ορμόνη δεν μπορεί να διεγείρει επαρκώς την ανάπτυξη των οστών. Οι αλλαγές στο μεταβολισμό που προκαλούνται από την έλλειψη ευαισθησίας στην αυξητική ορμόνη και την επακόλουθη έλλειψη IGF-I προκαλούν πολλά από τα άλλα χαρακτηριστικά της πάθησης, συμπεριλαμβανομένης της παχυσαρκίας.

Μελέτες δείχνουν ότι τα άτομα με σύνδρομο Laron έχουν σημαντικά μειωμένο κίνδυνο καρκίνου και διαβήτη τύπου 2. Τα προσβεβλημένα άτομα φαίνεται να αναπτύσσουν αυτές τις κοινές ασθένειες πολύ λιγότερο συχνά από τους μη προσβεβλημένους συγγενείς τους, παρά το γεγονός ότι έχουν παχυσαρκία (ένας παράγοντας κινδύνου τόσο για καρκίνο όσο και για διαβήτη τύπου 2). Οι ερευνητές εργάζονται για να προσδιορίσουν πώς οι μεταλλάξεις στο GHR γονίδιο μπορεί να προστατεύσει τα άτομα με σύνδρομο Laron από την ανάπτυξη αυτών των ασθενειών. Μελέτες δείχνουν ότι η έλλειψη ευαισθησίας στην αυξητική ορμόνη μπορεί να βοηθήσει στην πρόληψη της ανεξέλεγκτης ανάπτυξης και διαίρεσης των κυττάρων που μπορεί να οδηγήσει στην ανάπτυξη καρκινικών όγκων. Η έλλειψη ευαισθησίας στην αυξητική ορμόνη φαίνεται επίσης να μεταβάλλει τον τρόπο με τον οποίο το σώμα ανταποκρίνεται στην ινσουλίνη, η οποία είναι μια ορμόνη που ρυθμίζει τα επίπεδα σακχάρου στο αίμα. Η αντίσταση στις επιδράσεις της ινσουλίνης είναι ένας σημαντικός παράγοντας κινδύνου για τον διαβήτη τύπου 2. Τα άτομα με σύνδρομο Laron έχουν την αντίθετη κατάσταση, μια αυξημένη ευαισθησία στην ινσουλίνη, η οποία πιθανώς εξηγεί τον μειωμένο κίνδυνο αυτής της ασθένειας.

Άλλες διαταραχές

Οι δύο ισομορφές του υποδοχέα της αυξητικής ορμόνης έχουν μελετηθεί σε διάφορες καταστάσεις που περιλαμβάνουν προβλήματα με την ανάπτυξη. Αυτές οι καταστάσεις περιλαμβάνουν το κοντό ανάστημα που προκύπτει από έλλειψη (ανεπάρκεια) αυξητικής ορμόνης, την αργή ανάπτυξη που ξεκινά πριν από τη γέννηση (μικρή για την ηλικία κύησης) και το κοντό ανάστημα άγνωστης αιτίας (ιδιοπαθές κοντό ανάστημα). Ορισμένες μελέτες έχουν βρει ότι τα παιδιά με αυτές τις διαταραχές ανταποκρίνονται διαφορετικά στη θεραπεία ανάλογα με την ισομορφή του υποδοχέα της αυξητικής ορμόνης που έχουν. Συγκεκριμένα, το d3-GHR έχει συσχετιστεί με ταχύτερη ανάπτυξη κατά τη διάρκεια της θεραπείας σε σύγκριση με το fl-GHR. Άλλες μελέτες δεν βρήκαν διαφορά στην ανάπτυξη, αν και όλες οι μελέτες χρησιμοποίησαν διαφορετικές μεθοδολογίες και περιλάμβαναν σχετικά λίγους συμμετέχοντες.

Οι δύο ισομορφές του υποδοχέα της αυξητικής ορμόνης έχουν επίσης μελετηθεί σε ενήλικες με ακρομεγαλία, μια διαταραχή που χαρακτηρίζεται από αυξημένα επίπεδα αυξητικής ορμόνης. Τα ασυνήθιστα υψηλά επίπεδα προκαλούνται συχνότερα από έναν μη καρκινικό όγκο στην υπόφυση, το οποίο είναι το τμήμα του εγκεφάλου όπου παράγεται η αυξητική ορμόνη. Ως απόκριση στην υπερβολική αυξητική ορμόνη, τα οστά των χεριών, των ποδιών και του προσώπου μεγαλώνουν ασυνήθιστα. Άλλα σημεία και συμπτώματα αυτής της κατάστασης μπορεί να περιλαμβάνουν πυκνό δέρμα, αυξημένη εφίδρωση και μυρωδιά σώματος, διεύρυνση ορισμένων οργάνων, μυϊκή αδυναμία και υπερβολική κόπωση (κόπωση). Σε ενήλικες με ακρομεγαλία, μελέτες υποδεικνύουν ότι η ύπαρξη της ισομορφής d3-GHR σχετίζεται με καλύτερη ανταπόκριση στη θεραπεία σε σύγκριση με την ύπαρξη fl-GHR. Ωστόσο, η ύπαρξη d3-GHR φαίνεται να αυξάνει τον κίνδυνο ορισμένων επιπλοκών της νόσου σε σύγκριση με την ύπαρξη fl-GHR. Οι λόγοι για αυτές τις διαφορές δεν είναι πλήρως κατανοητοί.

Το αν ένα άτομο έχει fl-GHR ή d3-GHR δεν φαίνεται να επηρεάζει το ύψος των ενηλίκων σε άτομα χωρίς διαταραχή ανάπτυξης. Πολλοί γενετικοί και μη γενετικοί παράγοντες, ορισμένοι από τους οποίους είναι άγνωστοι, επηρεάζουν το ύψος ενός ατόμου.


Ο ρόλος της καφεΐνης στις νευροεκφυλιστικές ασθένειες

Ο ρόλος της Na + -K + -ATPase στη ΝΔ

Η ανεπάρκεια στα γονίδια ισομορφής Na + -K + -ATPase α μεταβάλλει τη χωρική μάθηση, την κινητική δραστηριότητα και το άγχος στα ποντίκια (Moseley et al., 2007). Η Na + -K + -ATPase παίζει σημαντικό ρόλο στην AD και μπορεί να είναι ένας ισχυρός νευροπροστατευτικός διαμορφωτής έναντι της AD. Το Αβ αναστέλλει ειδικά την αντλία Na + -K + και το διεγερτικό γλουταμινικό αμινοξύ (Gu et al., 2004). Η θεραπεία των αστροκυττάρων με το πεπτίδιο Aβ 25-35 αυξάνει τα ενδοκυτταρικά επίπεδα Na + (~ δύο έως τρεις φορές) και K + (~1,5 φορές). Αυτές οι αυξήσεις συσχετίστηκαν με μειωμένα επίπεδα Na + -K + -ATPase και των εξαρτώμενων από Na + μεταφορέων γλουταμικού (Vitvitsky et al., 2012). Η έκφραση της Na +, K + -ATPase ήταν αξιοσημείωτα μειωμένη τόσο σε ασθενείς με AD - επαληθεύτηκε στη μεταθανάτια εξέταση - όσο και σε ένα διαγονιδιακό μοντέλο AD ποντικού ( Ahmed, 2012 Chauhan et al., 1997 Dickey et al., 2005 Hattori et al. al., 1998 Tsai et al., 2010). Η δραστηριότητα της Na + -K + -ATPase άλλαξε σε αρκετές περιοχές των εγκεφάλων AD (Liguri et al., 1990). Η δυσλειτουργία της Na + -K + -ATPase και των πρωτεϊνών μεταγωγής σήματος μπορεί να προκαλέσει εξασθενημένη γνωστική λειτουργία και μνήμη πριν συμβεί ο νευροεκφυλισμός (Fu et al., 2009). Η Na + -K + -ATPase είναι μια πρωτεΐνη φορέας που αντλεί ενεργά Na + έξω και K + μέσα στο κύτταρο κατά μήκος της πλασματικής μεμβράνης για να διατηρήσει τις ηλεκτροχημικές διαβαθμίσεις αυτών των ιόντων (Dobretsov and Stimers, 2005). Αυτή η αντλία μπορεί επίσης να ελέγχει την επιβίωση των ντοπαμινεργικών νευρώνων με διέγερση χαμηλού επιπέδου των διαύλων νατρίου που καλύπτονται από τάση σε διαχωρισμένες μεσεεγκεφαλικές καλλιέργειες (Salthun-Lassalle et al., 2004). Τα προϊόντα οξείδωσης της ντοπαμίνης αποδείχθηκε ότι αναστέλλουν τη δραστηριότητα Na + -K + -ATPase σε ακατέργαστα συναπτοσωματικά-μιτοχονδριακά κλάσματα από τον εγκέφαλο του αρουραίου (Khan et al., 2003)

Οι μεταλλάξεις του γονιδίου DJ-1 οδήγησαν σε μια κληρονομική μορφή πρώιμου παρκινσονισμού. Η απώλεια της λειτουργίας του DJ-1 αύξησε την ευπάθεια στις μεταβολές του ενεργειακού μεταβολισμού και οι νευρωνικοί νευρώνες ήταν ιδιαίτερα ευαίσθητοι στη βλάβη Na + -K + -ATPase (Pisani et al., 2006). Η δραστηριότητα Na + -K + -ATPase μειώθηκε σε PD και MPTP -επαγόμενη PD (Greenamyre et al., 1999 Villa et al., 1994). Οι μεταλλάξεις στο γονίδιο Na + -K + -ATPase α3 ATP1A3 σχετίστηκαν με παρκινσονισμό δυστονίας ταχείας έναρξης (Brashear et al., 2012 Cannon, 2004 de Carvalho Aguiar et al., 2004 Kamphuis et al., 2006). Bagh et al. (2008) απέδειξε ότι η πρόληψη της μεσολαβούμενης από ντοπαμίνη αναστολής της Na + -K + -ATPase και της δραστηριότητας της μιτοχονδριακής αλυσίδας μεταφοράς ηλεκτρονίων στον εγκέφαλο του αρουραίου μπορεί να χρησιμοποιηθεί στη νευροπροστατευτική θεραπεία της σποραδικής PD. Αναστολή της δραστηριότητας της μεμβράνης των ερυθρών αιμοσφαιρίων Na + -K + -ATPase παρατηρήθηκε στην PD, μαζί με αυξήσεις στα επίπεδα διγοξίνης ορού (Kumar and Kurup, 2002). Ένα αλδεϋδικό προϊόν υπεροξείδωσης λιπιδίων, η 4-υδροξυνενεάλη, είναι ένας σημαντικός μεσολαβητής του οξειδωτικού στρες και μπορεί να μεταβάλει την πρόσληψη DA μετά τη δέσμευση σε ομάδες SH του μεταφορέα DA και στη Na + -K + -ATPase. Αυτά τα τοξικά συμβάντα μπορεί να συμβάλλουν στην εμφάνιση και την εξέλιξη της PD (Morel et al., 1998). Η Na + -K + -ATPase είναι ευάλωτη σε παρεκκλίνουσα δραστηριότητα SOD1, καθιστώντας την έναν πιθανό παράγοντα που συμβάλλει στην παθολογία της νόσου (Ellis et al., 2003). Σε ένα μη θεραπευμένο γενετικό μοντέλο ποντικού της νόσου του κινητικού νευρώνα του νωτιαίου μυελού, τα επίπεδα mRNA για το α3 υπομονάδα Na + -K + -ATPase στους κινητικούς νευρώνες μειώθηκε στο μισό σε σύγκριση με τους ελέγχους, ενώ η θεραπεία με προγεστερόνη σε αυτά τα ποντίκια μπόρεσε να σώσει τους κινητικούς νευρώνες από τον εκφυλισμό και αποκατέστησε την έκφραση του α3 υπομονάδα mRNA Na + -K + -ATPase (Gonzalez Deniselle et al., 2002).

Τα συστατικά του καφέ, συμπεριλαμβανομένου του χλωρογενικού οξέος και της καφεΐνης, αύξησαν την έκφραση του γονιδίου H + -K + -ATPase δύο φορές υψηλότερα στα ανθρώπινα καρκινικά κύτταρα του στομάχου σε σύγκριση με τα κύτταρα ελέγχου (Rubach et al., 2008). Η καφεΐνη μειώνει τις δραστηριότητες εναλλάκτη Na + /K + -ATPase και τύπου 3 Na + /H + και αυξάνει τις δραστηριότητες mRNA του μονοξειδίου του αζώτου και του κολπικού νατριουρητικού πεπτιδίου (ANP) στον νεφρό (Lee et al., 2002). Η καφεΐνη θα μπορούσε να παίξει ρόλο στη βελτίωση της απόδοσης της μνήμης και να ασκήσει προστατευτικά αποτελέσματα κατά της ΑΔ αυξάνοντας την έκφραση ή τη δραστηριότητα της Na + -K + -ATPase (Zhang et al., 2013). Ο ρυθμός παραγωγής εγκεφαλονωτιαίου υγρού (ΕΝΥ) μειώνεται στην άνοια του τύπου Alzheimer (Silverberg et al., 2012). Οι Han et al. (2013) διαπίστωσαν ότι η μακροχρόνια κατανάλωση καφεΐνης, μιας μη εκλεκτικής αδενοσίνης Α1- και ένα-ανταγωνιστής υποδοχέα, αυξημένη παραγωγή ΕΝΥ που σχετίζεται με αυξημένη έκφραση Na + -K + ATPase και αυξημένη εγκεφαλική ροή αίματος. Η μακροχρόνια κατανάλωση καφεΐνης θα μπορούσε να ασκήσει προστατευτικά αποτελέσματα κατά της ΑΔ τουλάχιστον εν μέρει διευκολύνοντας την παραγωγή ΕΝΥ (Wostyn et al., 2011). Η καφεΐνη και το SCH58261, ρυθμιστές των αδενοσινεργικών υποδοχέων, μπόρεσαν να αντιστρέψουν την εξασθένηση της μνήμης που σχετίζεται με την ηλικία και επίσης να ομαλοποιήσουν τη δραστηριότητα Na + -K + -ATPase (Leite et al., 2011). Συνολικά, η καφεΐνη μπορεί να παίζει ρόλο στο ALS ομαλοποιώντας τη δραστηριότητα Na + -K + -ATPase.


Συνθήκες υγείας που σχετίζονται με γενετικές αλλαγές

Βήτα θαλασσαιμία

Σχεδόν 400 μεταλλάξεις στο HBB έχει βρεθεί ότι προκαλεί βήτα θαλασσαιμία. Οι περισσότερες από τις μεταλλάξεις περιλαμβάνουν μια αλλαγή σε ένα μόνο δομικό στοιχείο DNA (νουκλεοτίδιο) εντός ή κοντά στο HBB γονίδιο. Άλλες μεταλλάξεις εισάγουν ή διαγράφουν ένα μικρό αριθμό νουκλεοτιδίων στο HBB γονίδιο.

HBB γονιδιακές μεταλλάξεις που μειώνουν την παραγωγή βήτα-σφαιρίνης οδηγούν σε μια κατάσταση που ονομάζεται βήτα-συν (β +) θαλασσαιμία. Οι μεταλλάξεις που εμποδίζουν τα κύτταρα να παράγουν οποιαδήποτε βήτα-σφαιρίνη έχουν ως αποτέλεσμα βήτα-μηδενική (β 0) θαλασσαιμία.

Τα προβλήματα με τις υπομονάδες που αποτελούν την αιμοσφαιρίνη, συμπεριλαμβανομένων των χαμηλών επιπέδων βήτα-σφαιρίνης, μειώνουν ή εξαλείφουν την παραγωγή αυτού του μορίου. Η έλλειψη αιμοσφαιρίνης διαταράσσει τη φυσιολογική ανάπτυξη των ερυθρών αιμοσφαιρίων. Η έλλειψη ώριμων ερυθρών αιμοσφαιρίων μπορεί να μειώσει την ποσότητα οξυγόνου που παρέχεται στους ιστούς κάτω από αυτό που απαιτείται για την ικανοποίηση των ενεργειακών αναγκών του σώματος. Η έλλειψη οξυγόνου στους ιστούς του σώματος μπορεί να οδηγήσει σε κακή ανάπτυξη, βλάβη οργάνων και άλλα προβλήματα υγείας που σχετίζονται με τη βήτα θαλασσαιμία.

Μεθαιμοσφαιριναιμία, τύπου βήτα-σφαιρίνης

Περισσότερες από 10 μεταλλάξεις στο HBB βρέθηκε ότι προκαλεί μεθεμοσφαιριναιμία, τύπου βήτα-σφαιρίνης, η οποία είναι μια κατάσταση που μεταβάλλει την αιμοσφαιρίνη εντός των ερυθρών αιμοσφαιρίων. Αυτές οι μεταλλάξεις συχνά επηρεάζουν την περιοχή της πρωτεΐνης που συνδέεται με την αίμη. Για να συνδεθεί η αιμοσφαιρίνη με το οξυγόνο, ο σίδηρος μέσα στο μόριο της αίμης πρέπει να είναι σε μια μορφή που ονομάζεται δισθενής σίδηρος (Fe 2+). Ο σίδηρος μέσα στην αίμη μπορεί να μετατραπεί σε μια άλλη μορφή σιδήρου που ονομάζεται σίδηρος σιδήρου (Fe 3+), ο οποίος δεν μπορεί να συνδεθεί με το οξυγόνο. Η αιμοσφαιρίνη που περιέχει σίδηρο σιδήρου είναι γνωστή ως μεθεμοσφαιρίνη και δεν είναι σε θέση να παρέχει αποτελεσματικά οξυγόνο στους ιστούς του σώματος.

Στη μεθαιμοσφαιριναιμία, τύπου βήτα-σφαιρίνης, μεταλλάξεις στο HBB γονίδιο αλλοιώνουν την πρωτεΐνη βήτα-σφαιρίνης και προάγουν την αλλαγή του σιδήρου αίμης από σιδηρούχο σε σίδηρο. Αυτή η αλλοιωμένη αιμοσφαιρίνη δίνει στο αίμα ένα καφέ χρώμα και προκαλεί μια γαλαζωπή εμφάνιση του δέρματος, των χειλιών και των νυχιών (κυάνωση). Τα σημεία και συμπτώματα της μεθαιμοσφαιριναιμίας, τύπου βήτα-σφαιρίνης περιορίζονται γενικά στην κυάνωση, η οποία δεν προκαλεί κανένα πρόβλημα υγείας. Ωστόσο, σε σπάνιες περιπτώσεις, η σοβαρή μεθαιμοσφαιριναιμία, τύπου βήτα-σφαιρίνης μπορεί να προκαλέσει πονοκεφάλους, αδυναμία και κόπωση.

Δρεπανοκυτταρική αναιμία

Η δρεπανοκυτταρική αναιμία (ονομάζεται επίσης ομόζυγη δρεπανοκυτταρική αναιμία ή νόσος HbSS) είναι η πιο κοινή μορφή δρεπανοκυτταρικής νόσου. Αυτή η μορφή προκαλείται από μια συγκεκριμένη μετάλλαξη στο HBB γονίδιο που οδηγεί στην παραγωγή μιας μη φυσιολογικής εκδοχής της βήτα-σφαιρίνης που ονομάζεται αιμοσφαιρίνη S ή HbS. Σε αυτή την κατάσταση, η αιμοσφαιρίνη S αντικαθιστά και τις δύο υπομονάδες βήτα-σφαιρίνης στην αιμοσφαιρίνη. Η μετάλλαξη που προκαλεί την αιμοσφαιρίνη S αλλάζει ένα μόνο δομικό στοιχείο πρωτεΐνης (αμινοξύ) στη βήτα-σφαιρίνη. Συγκεκριμένα, το αμινοξύ γλουταμινικό οξύ αντικαθίσταται με το αμινοξύ βαλίνη στη θέση 6 στη βήτα-σφαιρίνη, γραμμένο ως Glu6Val ή E6V. Η αντικατάσταση του γλουταμινικού οξέος με βαλίνη προκαλεί τις μη φυσιολογικές υπομονάδες αιμοσφαιρίνης S να κολλήσουν μεταξύ τους και να σχηματίσουν μακρά, άκαμπτα μόρια που λυγίζουν τα ερυθρά αιμοσφαίρια σε σχήμα δρεπάνι (μισοφέγγαρο). Τα δρεπανοειδή κύτταρα πεθαίνουν πρόωρα, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε έλλειψη ερυθρών αιμοσφαιρίων (αναιμία). Τα δρεπανοειδή κύτταρα είναι άκαμπτα και μπορούν να μπλοκάρουν μικρά αιμοφόρα αγγεία, προκαλώντας έντονο πόνο και βλάβη οργάνων.

Μεταλλάξεις στο HBB γονίδιο μπορεί επίσης να προκαλέσει άλλες ανωμαλίες στη βήτα-σφαιρίνη, οδηγώντας σε άλλους τύπους δρεπανοκυτταρικής αναιμίας. Αυτές οι μη φυσιολογικές μορφές βήτα-σφαιρίνης συχνά χαρακτηρίζονται με γράμματα του αλφαβήτου ή μερικές φορές με ένα όνομα. Σε αυτούς τους άλλους τύπους δρεπανοκυτταρικής αναιμίας, μόνο μία υπομονάδα βήτα-σφαιρίνης αντικαθίσταται με αιμοσφαιρίνη S. Η άλλη υπομονάδα βήτα-σφαιρίνης αντικαθίσταται με μια διαφορετική ανώμαλη παραλλαγή, όπως η αιμοσφαιρίνη C ή η αιμοσφαιρίνη Ε.

Στη νόσο αιμοσφαιρίνης SC (HbSC), οι υπομονάδες βήτα-σφαιρίνης αντικαθίστανται από αιμοσφαιρίνη S και αιμοσφαιρίνη C. Η αιμοσφαιρίνη C προκύπτει όταν το αμινοξύ λυσίνη αντικαθιστά το αμινοξύ γλουταμινικό οξύ στη θέση 6 στη βήτα-σφαιρίνη (γραμμένο Glu6Lys ή E6K). Η σοβαρότητα της νόσου SC αιμοσφαιρίνης είναι μεταβλητή, αλλά μπορεί να είναι τόσο σοβαρή όσο η δρεπανοκυτταρική αναιμία. Η αιμοσφαιρίνη Ε (HbE) προκαλείται όταν το αμινοξύ γλουταμινικό οξύ αντικαθίσταται με το αμινοξύ λυσίνη στη θέση 26 στη βήτα-σφαιρίνη (γραμμένο Glu26Lys ή E26K). Σε ορισμένες περιπτώσεις, η μετάλλαξη της αιμοσφαιρίνης Ε είναι παρούσα με την αιμοσφαιρίνη S. Σε αυτές τις περιπτώσεις, ένα άτομο μπορεί να έχει πιο σοβαρά σημεία και συμπτώματα που σχετίζονται με δρεπανοκυτταρική αναιμία, όπως επεισόδια πόνου, αναιμία και μη φυσιολογική λειτουργία του σπλήνα.

Άλλες καταστάσεις, γνωστές ως δρεπανο-βήτα θαλασσαιμία της αιμοσφαιρίνης (HbSBetaThal), προκαλούνται όταν συμβαίνουν μαζί μεταλλάξεις που παράγουν αιμοσφαιρίνη S και βήτα θαλασσαιμία. Οι μεταλλάξεις που συνδυάζουν τη δρεπανοκυτταρική νόσο με τη β-μηδενική (β 0) θαλασσαιμία οδηγούν σε σοβαρή νόσο, ενώ η δρεπανοκυτταρική νόσος σε συνδυασμό με τη βήτα συν (β +) θαλασσαιμία είναι γενικά πιο ήπια.

Άλλες διαταραχές

Εκατοντάδες παραλλαγές έχουν εντοπιστεί στο HBB γονίδιο. Αυτές οι αλλαγές οδηγούν στην παραγωγή διαφορετικών εκδόσεων βήτα-σφαιρίνης. Ορισμένες από αυτές τις παραλλαγές δεν προκαλούν αξιοσημείωτα σημάδια ή συμπτώματα και εντοπίζονται όταν γίνεται αιμοληψία για άλλους λόγους, ενώ άλλοι HBB γονιδιακές παραλλαγές μπορεί να επηρεάσουν την υγεία ενός ατόμου. Δύο από τις πιο κοινές παραλλαγές είναι η αιμοσφαιρίνη C και η αιμοσφαιρίνη Ε.

Η αιμοσφαιρίνη C (HbC), που προκαλείται από τη μετάλλαξη Glu6Lys στη βήτα-σφαιρίνη, είναι πιο συχνή σε άτομα δυτικοαφρικανικής καταγωγής από ό,τι σε άλλους πληθυσμούς. Τα άτομα που έχουν δύο υπομονάδες αιμοσφαιρίνης C στην αιμοσφαιρίνη τους, αντί της φυσιολογικής βήτα-σφαιρίνης, έχουν μια ήπια κατάσταση που ονομάζεται νόσος της αιμοσφαιρίνης C. Αυτή η κατάσταση προκαλεί συχνά χρόνια αναιμία, κατά την οποία τα ερυθρά αιμοσφαίρια διασπώνται πρόωρα.

Η αιμοσφαιρίνη Ε (HbE), που προκαλείται από τη μετάλλαξη Glu26Lys στη βήτα-σφαιρίνη, είναι μια παραλλαγή της αιμοσφαιρίνης που απαντάται συχνότερα στον πληθυσμό της Νοτιοανατολικής Ασίας. Όταν ένα άτομο έχει δύο υπομονάδες αιμοσφαιρίνης Ε στην αιμοσφαιρίνη του στη θέση της βήτα-σφαιρίνης, μπορεί να εμφανιστεί μια ήπια αναιμία που ονομάζεται νόσος της αιμοσφαιρίνης Ε. Σε ορισμένες περιπτώσεις, οι μεταλλάξεις που παράγουν την αιμοσφαιρίνη Ε και τη βήτα θαλασσαιμία βρίσκονται μαζί. Τα άτομα με αυτόν τον συνδυασμό αιμοσφαιρίνης μπορεί να έχουν σημεία και συμπτώματα που κυμαίνονται από ήπια αναιμία έως σοβαρή μείζονα θαλασσαιμία.


Κατανόηση των ομόλογων γονιδίων

Τα ορθολογικά και παράλογα γονίδια είναι διαφορετικοί τύποι ομόλογων γονιδίων. Τα ομόλογα γονίδια είναι δύο ή περισσότερα γονίδια που προέρχονται από μια κοινή προγονική αλληλουχία DNA. Ένα παράδειγμα ομόλογων γονιδίων είναι οι γενετικοί κώδικες που βρίσκονται κάτω από ένα φτερό νυχτερίδας και ένα χέρι αρκούδας. Και τα δύο διατηρούν παρόμοια χαρακτηριστικά και χρησιμοποιούνται με παρόμοιους τρόπους. Αυτά τα χαρακτηριστικά, τα οποία μεταβιβάστηκαν από τον τελευταίο κοινό τους πρόγονο, έχουν προσαρμοστικές πιέσεις που μπορεί να οδηγήσουν σε παραλλαγές εντός του γονιδίου. Το σημείο ή το συμβάν στην εξελικτική ιστορία που εξηγεί την παραλλαγή της αλληλουχίας DNA μέσα στο γονίδιο καθορίζει εάν τα ομόλογα γονίδια θεωρούνται «ορθό» ή «παρά».


Συνθήκες υγείας που σχετίζονται με γενετικές αλλαγές

Χρόνια μυελογενή λευχαιμία

Μια γενετική αναδιάταξη (μετατόπιση) που περιλαμβάνει το ABL1 γονίδιο προκαλεί έναν τύπο καρκίνου των κυττάρων που σχηματίζουν αίμα που ονομάζεται χρόνια μυελογενής λευχαιμία. Αυτός ο αργά αναπτυσσόμενος καρκίνος οδηγεί σε υπερπαραγωγή μη φυσιολογικών λευκών αιμοσφαιρίων. Τα κοινά χαρακτηριστικά της πάθησης περιλαμβάνουν υπερβολική κόπωση (κόπωση), πυρετό, απώλεια βάρους και μεγέθυνση σπλήνας.

Η μετατόπιση που εμπλέκεται σε αυτήν την κατάσταση, γραμμένη ως t(922), συγχωνεύει μέρος του ABL1 γονίδιο από το χρωμόσωμα 9 με μέρος του BCR γονίδιο από το χρωμόσωμα 22, δημιουργώντας ένα ανώμαλο γονίδιο σύντηξης που ονομάζεται BCR-ABL1Το Το μη φυσιολογικό χρωμόσωμα 22, που περιέχει ένα κομμάτι του χρωμοσώματος 9 και το BCR-ABL1 γονίδιο σύντηξης, ονομάζεται κοινώς χρωμόσωμα Philadelphia. Η μετατόπιση αποκτάται κατά τη διάρκεια της ζωής ενός ατόμου και υπάρχει μόνο στα μη φυσιολογικά αιμοσφαίρια. Αυτός ο τύπος γενετικής αλλαγής, που ονομάζεται σωματική μετάλλαξη, δεν κληρονομείται.

Η πρωτεΐνη που παράγεται από το ανώμαλο γονίδιο σύντηξης, που ονομάζεται BCR-ABL1, λειτουργεί ως κινάση. Ωστόσο, σε αντίθεση με την κινάση ABL1, δεν απαιτεί σήματα στο κελί για να την ενεργοποιήσει. Η συνεχώς ενεργή πρωτεΐνη BCR-ABL1 σηματοδοτεί τα κύτταρα να συνεχίσουν να διαιρούνται ανώμαλα και τα αποτρέπει από την αυτοκαταστροφή τους, γεγονός που οδηγεί σε υπερπαραγωγή των μη φυσιολογικών κυττάρων.

Η παρουσία του χρωμοσώματος της Φιλαδέλφειας παρέχει στόχο για μοριακές θεραπείες.

Άλλοι καρκίνοι

ο BCR-ABL1 Το γονίδιο σύντηξης (που περιγράφεται παραπάνω) εμπλέκεται επίσης σε ταχέως αναπτυσσόμενους καρκίνους των κυττάρων του αίματος που ονομάζονται οξείες λευχαιμίες. Έχει βρεθεί στο 5 τοις εκατό των παιδιών και έως το 30 τοις εκατό των ενηλίκων με οξεία λεμφοβλαστική λευχαιμία Β-κυττάρων και πολύ σπάνια στην οξεία μυελογενή λευχαιμία. Όπως και στη χρόνια μυελογενή λευχαιμία, η πρωτεΐνη BCR-ABL1 διεγείρει την υπερπαραγωγή μη φυσιολογικών λευκών αιμοσφαιρίων, οδηγώντας σε καρκίνο. Είναι πιθανό ότι η μορφή του καρκίνου του αίματος που αναπτύσσεται επηρεάζεται από τον τύπο του κυττάρου του αίματος που αποκτά τη μετάλλαξη και άλλες γενετικές αλλαγές που συμβαίνουν.

Σπανιότερα, μετατοπίσεις που οδηγούν σε σύντηξη του ABL1 γονίδιο με γονίδια άλλα από BCR σχετίζονται με οξείες λευχαιμίες. Για παράδειγμα, το ETV6-ABL1 γονίδιο σύντηξης έχει βρεθεί σε μικρό αριθμό περιπτώσεων οξείας λεμφοειδούς λευχαιμίας Β-κυττάρων και χρόνιας λευχαιμίας που μπορεί να μοιάζει με χρόνια μυελογενή λευχαιμία. Οι ακριβείς μηχανισμοί με τους οποίους αυτά τα σπάνια γονίδια σύντηξης οδηγούν σε καρκίνο του αίματος δεν είναι πλήρως κατανοητοί, αν και είναι πιθανό ότι οι πρωτεΐνες που παράγονται από αυτά προάγουν την ανεξέλεγκτη ανάπτυξη των κυττάρων.


Gene Flow

Μια σημαντική εξελικτική δύναμη είναι η γονιδιακή ροή: η ροή αλληλόμορφων μέσα και έξω από έναν πληθυσμό λόγω της μετανάστευσης ατόμων ή γαμετών. Ενώ ορισμένοι πληθυσμοί είναι αρκετά σταθεροί, άλλοι βιώνουν περισσότερη κίνηση και διακυμάνσεις. Πολλά φυτά, για παράδειγμα, στέλνουν τη γύρη τους με τον άνεμο, τα έντομα ή τα πουλιά για να επικονιάσουν άλλους πληθυσμούς του ίδιου είδους σε κάποια απόσταση. Ακόμη και ένας πληθυσμός που μπορεί αρχικά να φαίνεται σταθερός, όπως το καμάρι των λιονταριών, μπορεί να λάβει νέα γενετική παραλλαγή καθώς τα αναπτυσσόμενα αρσενικά αφήνουν τις μητέρες τους για να σχηματίσουν νέα υπερηφάνεια με γενετικά άσχετα θηλυκά. Αυτή η μεταβλητή ροή ατόμων μέσα και έξω από την ομάδα όχι μόνο αλλάζει τη γονιδιακή δομή του πληθυσμού, αλλά μπορεί επίσης να εισάγει νέα γενετική παραλλαγή σε πληθυσμούς σε διαφορετικές γεωλογικές τοποθεσίες και ενδιαιτήματα.

Εικόνα ( PageIndex <1> ): Γονιδιακή ροή: Η ροή γονιδίων μπορεί να συμβεί όταν ένα άτομο ταξιδεύει από τη μια γεωγραφική τοποθεσία στην άλλη.

Η διατήρηση της γονιδιακής ροής μεταξύ δύο πληθυσμών μπορεί επίσης να οδηγήσει σε συνδυασμό των δύο δεξαμενών γονιδίων, μειώνοντας τη γενετική διαφοροποίηση μεταξύ των δύο ομάδων. Η γονιδιακή ροή δρα έντονα ενάντια στην ειδογένεση, ανασυνδυάζοντας τις δεξαμενές γονιδίων των ομάδων, και έτσι, επιδιορθώνοντας τις αναπτυσσόμενες διαφορές στη γενετική παραλλαγή που θα είχαν οδηγήσει σε πλήρη ειδογένεση και δημιουργία θυγατρικών ειδών.

Για παράδειγμα, εάν ένα είδος γρασιδιού μεγαλώνει και στις δύο πλευρές ενός αυτοκινητόδρομου, η γύρη είναι πιθανό να μεταφερθεί από τη μία πλευρά στην άλλη και αντίστροφα. Εάν αυτή η γύρη είναι σε θέση να γονιμοποιήσει το φυτό όπου καταλήγει και να παράγει βιώσιμους απογόνους, τότε τα αλληλόμορφα στη γύρη έχουν συνδέσει αποτελεσματικά τον πληθυσμό στη μία πλευρά του αυτοκινητόδρομου με την άλλη.


Υποσημειώσεις

Allali-Hassani, A., Kuznetsova, E., Hajian, T., Wu, H., Dombrovski, L., Li, Y., et al. (2014). Μια βασική επέκταση των NSDs μετά το SET είναι απαραίτητη για τη δέσμευση νουκλεοσωμάτων in vitro. J. Biomol. Οθόνη. 19, 928�. doi: 10.1177/1087057114525854

Anderson-Schmidt, Η., Beltcheva, Ο., Brandon, Μ. D., Byrne, Ε. Μ., Diehl, Ε. J., Duncan, L., et αϊ. (2013). Επιλεγμένες περιλήψεις εισηγητών από το ΧΧ παγκόσμιο συνέδριο ψυχιατρικής γενετικής, Αμβούργο, Γερμανία, 14-18 Οκτωβρίου 2012. Είμαι. J. Med. Genet. Μέρος Β Νευροψυχίατρο. Genet. 162, 96�. doi: 10.1002/ajmg.b.32132

Angelova, Μ. Τ., Dimitrova, D. G., Dinges, Ν., Lence, Τ., Worpenberg, L., Carré, C., et al. (2018). Το αναδυόμενο πεδίο της επιτρανογραφικής σε νευροαναπτυξιακές και νευρωνικές διαταραχές. Εμπρός. Bioeng. Biotechnol. 6:1�. doi: 10.3389/fbioe.2018.00046

Ardlie, K. G., DeLuca, D. S., Segrè, A. V., Sullivan, T. J., Young, T. R., Gelfand, Ε. Τ., et al. (2015). Η πιλοτική ανάλυση Genotype-Tissue Expression (GTEx): Γονιδιακή ρύθμιση πολλαπλών ιστών στους ανθρώπους. Επιστήμη 348, 648�. doi: 10.1126/science.1262110

Aytes, Α., Giacobbe, Α., Mitrofanova, Α., Ruggero, Κ., Cyrta, J., Arriaga, J., et al. (2018). Το NSD2 είναι ένας συντηρημένος οδηγός της εξέλιξης του μεταστατικού καρκίνου του προστάτη. Nat. Commun. 9, 7511 �. doi: 10.1038/s41467-018-07511-4

Barbosa-Morais, Ν. L., Irimia, Μ., Pan, Q., Xiong, Η. Υ., Gueroussov, S., Lee, L. J., et al. (2012). Το εξελικτικό τοπίο του εναλλακτικού ματίσματος σε σπονδυλωτά είδη. Επιστήμη 338, 1587�. doi: 10.1126/science.1230612

Barrie, Ε. S., Alfaro, Μ. Ρ., Pfau, R. B., Goff, M. J., McBride, Κ. L., Manickam, Κ., et αϊ. (2019). Οι de novo παραλλαγές απώλειας λειτουργίας στο NSD2 (WHSC1) συνδέονται με ένα υποσύνολο του συνδρόμου Wolf–Hirschhorn. Cold Spring Harb. Mol Case Stud. 5:a004044. doi: 10.1101/mcs.a004044

Blakeley, P., Siepen, J. A., Lawless, C., and Hubbard, S. J. (2010). Διερεύνηση πρωτεϊνικών ισομορφών μέσω πρωτεομικής: μελέτη σκοπιμότητας. Proteomics 10, 1127�. doi: 10.1002/pmic.200900445

Boczek, N. J., Lahner, C. A., Nguyen, T.-M., Ferber, M. J., Hasadsri, L., Thorland, E. C., et al. (2018). Αναπτυξιακή καθυστέρηση και αποτυχία ανάπτυξης που σχετίζεται με μια παραλλαγή απώλειας λειτουργίας στο WHSC1 (n.d.). Είμαι. J. Med. Genet. Μέρος Α 176, 2798 �. doi: 10.1002/ajmg.a.40498

C Yuen, R. K., Merico, D., Bookman, M., L Howe, J., Thiruvahindrapuram, Β., Patel, R. V., et αϊ. (2017). Ο πόρος αλληλουχίας ολόκληρου του γονιδιώματος προσδιορίζει 18 νέα υποψήφια γονίδια για διαταραχή του φάσματος του αυτισμού. Nat. Neurosci. 20, 602�. doi: 10.1038/nn.4524

Chaudhary, S., Khokhar, W., Jabre, I., Reddy, A. S. N., Byrne, L. J., Wilson, C. M., et αϊ. (2019). Εναλλακτικό μάτισμα και ποικιλότητα πρωτεϊνών: Φυτά έναντι ζώων. Εμπρός. Plant Sci. 10:00708. doi: 10.3389/fpls.2019.00708

Chen, L.-Y., Zhi, Z., Wang, L., Zhao, Y.-Y., Deng, Μ., Liu, Y.-H., et αϊ. (2019). Το κυκλικό RNA NSD2 προάγει τη μετάσταση του καρκίνου του παχέος εντέρου στοχεύοντας τη σηματοδότηση DDR1 και JAG1 με τη μεσολάβηση miR-199b-5p. J. Pathol. 248, 103�. doi: 10.1002/διαδρομή.5238

Clayton, Ε. Α., Rishishwar, L., Huang, T.-C., Gulati, S., Ban, D., McDonald, J. F., et al. (2020). Ένας άτλας εναλλακτικού ματίσματος που προέρχεται από μετατιθέμενα στοιχεία στον καρκίνο. Philos. Μεταφρ. R. Soc. Β ΒίοΙ. Sci. 375:0342. doi: 10.1098/rstb.2019.0342

Corominas, R., Yang, Χ., Lin, G. N., Kang, S., Shen, Υ., Ghamsari, L., et αϊ. (2014). Το δίκτυο αλληλεπίδρασης πρωτεϊνών εναλλακτικά ματισμένων ισομορφών από τον εγκέφαλο συνδέει γενετικούς παράγοντες κινδύνου για αυτισμό. Nat. Commun. 5:4650. doi: 10.1038/ncomms4650

Corrສ, Τ., Mergener, R., Leite, J. C. L., Galera, M. F., Moreira, L. M. D. A., Vargas, J. E., et al. (2018). Κυτταρογενωμική Ολοκληρωμένη Ανάλυση Δικτύου της Κρίσιμης Περιοχής που σχετίζεται με το Σύνδρομο Wolf-Hirschhorn. Biomed Res. Int. 2018:5436187. doi: 10.1155/2018/5436187

Corsetti, E., and Azpiazu, N. (2013). Λειτουργική ανατομή των παραλλαγών συναρμογής του ομοθώρακα του γονιδίου Drosophila (hth). Dev. Biol. 384, 72�. doi: 10.1016/j.ydbio.2013.09.018

Deardorff, M. A., and Zackai, E. H. (2007). Γενετική και μεταβολισμός Γενετικά σύνδρομα που προκαλούνται από χρωμοσωμικές ανωμαλίες. Άμστερνταμ: Elsevier Inc, doi: 10.1016/B978-0-323-03004-5.50134-4

Μελέτη αποκρυπτογράφησης των αναπτυξιακών διαταραχών. (2017). Επικράτηση και αρχιτεκτονική de novo μεταλλάξεων σε αναπτυξιακές διαταραχές. Φύση 542, 433�. doi: 10.1038/nature21062

Derar, Ν., Al-Hassnan, Ζ. Ν., Al-Owain, Μ., Monies, D., Abouelhoda, Μ., Meyer, B. F., et al. (2019). Οι de novo περικοπές παραλλαγών στο WHSC1 ανακεφαλαιώνουν τον φαινότυπο του συνδρόμου Wolf–Hirschhorn (4p16.3 microdeletion). Genet. Med. 21, 185 �. doi: 10.1038/s41436-018-0014-8

Descartes, M., Korf, B. R., and Mikhail, F. M. (2017). Χρωμοσώματα και χρωμοσωμικές ανωμαλίεςΤο Έκτη Επεξεργασία. Άμστερνταμ: Elsevier Inc., doi: 10.1016/B978-0-323-37101-8.00035-7

Du, Y., Hu, H., Hua, C., Du, K., and Wei, T. (2018). Κατανομή ιστού, υποκυτταρικός εντοπισμός και ανάλυση ενζυματικής δραστηριότητας ανθρώπινων ισομορφών SIRT5. Biochem. Biophys. Res. Commun. 503, 763�. doi: 10.1016/j.bbrc.2018.06.073

Franz, M., Rodriguez, H., Lopes, C., Zuberi, K., Montojo, J., Bader, G. D., et al. (2018). Ενημέρωση GeneMANIA 2018. Nucleic Acids Res. 46, W60–W64. doi: 10.1093/nar/gky311

Garc໚-Carpizo, V., Sarmentero, J., Han, B., Gra༚, O., Ruiz-Llorente, S., Pisano, D. G., et al. (2016). Το NSD2 συμβάλλει στην ογκογόνο μεταγραφή που καθοδηγείται από το RAS σε καρκινικά κύτταρα του πνεύμονα μέσω επιγενετικής ενεργοποίησης μακράς εμβέλειας. Sci. Μαλλομέταξο ύφασμα. 6:32952. doi: 10.1038/srep32952

Gong, X., Delorme, R., Fauchereau, F., Durand, C. M., Chaste, P., Betancur, C., et al. (2009). Διερεύνηση γονιδίου ριβοσωματικής πρωτεΐνης L10 σε διαταραχές του φάσματος του αυτισμού. BMC Med. Genet. 10:7. doi: 10.1186/1471-2350-10-7

Gordon, D. E., Hiatt, J., Bouhaddou, Μ., Rezelj, V. V., Ulferts, S., Braberg, Η., et αϊ. (2020). Συγκριτικά δίκτυα αλληλεπίδρασης πρωτεϊνών ξενιστή-κορωνοϊού αποκαλύπτουν μηχανισμούς παν-ιικής νόσου. Επιστήμη 2020:abe9403. doi: 10.1126/science.abe9403

Graveley, B. R. (2001). Εναλλακτικό μάτισμα: Αύξηση της ποικιλομορφίας στον πρωτεομικό κόσμο. Trends Genet. 17, 100�. doi: 10.1016/S0168-9525(00)02176-4

Haladyna, J. N., Yamauchi, T., Neff, T., and Bernt, K. M. (2015). Επιγενετικοί τροποποιητές σε φυσιολογική και κακοήθη αιμοποίηση. Επιγονιδιωματική 7, 301�. doi: 10.2217/epi.14.88

Han, X., Piao, L., Yuan, X., Wang, L., Liu, Z., and He, X. (2019). Η ανατροπή του NSD2 καταστέλλει τη μετάσταση καρκινώματος νεφρικών κυττάρων αναστέλλοντας την επιθηλιακή-μεσεγχυματική μετάβαση. Int. J. Med. Sci. 16, 1404�. doi: 10.7150/ijms.36128

He, C., Liu, C., Wang, L., Sun, Y., Jiang, Y., and Hao, Y. (2019). Η μεθυλοτρανσφεράση της ιστόνης NSD2 ρυθμίζει την απόπτωση και τη χημειοευαισθησία στο οστεοσάρκωμα. Cell Death Dis. 10, 1347�. doi: 10.1038/s41419-019-1347-1

Heyne, Η. Ο., Singh, Τ., Stamberger, Η., Abou Jamra, R., Caglayan, Η., Craiu, D., et al. (2018). De novo παραλλαγές σε νευροαναπτυξιακές διαταραχές με επιληψία. Nat. Genet. 50, 1048�. doi: 10.1038/s41588-018-0143-7

Homsy, J., Zaidi, S., Shen, Υ., Ware, J. S., Samocha, Κ. Ε., Karczewski, Κ. J., et αϊ. (2015). De novo μεταλλάξεις σε συγγενείς καρδιοπάθειες με νευροαναπτυξιακές και άλλες συγγενείς ανωμαλίες. Επιστήμη 350, 1262 �. doi: 10.1126/science.aac9396

Howrigan, D. P., Rose, S. A., Samocha, K. E., Cerrato, F., Chen, W. J., Churchhouse, C., et al. (2018). Κίνδυνος σχιζοφρένειας που αποδίδεται από τις de novo μεταλλάξεις Daniel. bioRxiv 13, 1�. doi: 10.1101/495036

Huang, Χ., LeDuc, R. D., Fornelli, L., Schunter, Α. J., Bennett, R. L., Kelleher, N. L., et αϊ. (2019). Καθορισμός της αλληλεπίδρασης NSD2: Η PARP1 PARυλίωση μειώνει τη δραστηριότητα της μεθυλτρανσφεράσης της ιστόνης NSD2 και εμποδίζει τη δέσμευση της χρωματίνης. J. Biol. Chem. 294, 12459�. doi: 10.1074/jbc.RA118.006159

Huang, Ζ., Wu, Η., Chuai, S., Xu, F., Yan, F., Englund, Ν., et αϊ. (2013). Το NSD2 στρατολογείται μέσω του τομέα PHD του σε ογκογόνους γονιδιακούς τόπους για την πρόκληση πολλαπλού μυελώματος. Cancer Res. 73, 6277�. doi: 10.1158/0008-5472.CAN-13-1000

Ilouz, R., Lev-Ram, V., Bushong, Ε. Α., Stiles, T. L., Friedmann-Morvinski, D., Douglas, C., et αϊ. (2017). Ειδικά για την ισομορφική υποκυτταρική εντόπιση και λειτουργία της πρωτεϊνικής κινάσης Α που προσδιορίζεται με ψηφιδωτή απεικόνιση του εγκεφάλου του ποντικού. Elife 6:17681. doi: 10.7554/eLife.17681

Jiang, Y., Sun, H., Lin, Q., Wang, Z., Wang, G., Wang, J., et al. (2019). De novo truncating variant in NSD2gene leading to atypical Wolf-Hirschhorn syndrome phenotype. BMC Med. Genet. 20:134. doi: 10.1186/s12881-019-0863-2

Katoh, M. (2016). Mutation spectra of histone methyltransferases with canonical SET domains and EZH2-targeted therapy. Epigenomics 8, 285�. doi: 10.2217/epi.15.89

Keil, J. M., Qalieh, A., and Kwan, K. Y. (2018). Brain Transcriptome Databases: A User’s Guide. J. Neurosci. 38, 2399�. doi: 10.1523/jneurosci.1930-17.2018

Kelemen, O., Convertini, P., Zhang, Z., Wen, Y., Shen, M., Falaleeva, M., et al. (2013). Function of alternative splicing. Γονίδιο 514, 1�. doi: 10.1016/j.gene.2012.07.083

Kim, J.-H., Lee, J. H., Lee, I.-S., Lee, S. B., and Cho, K. S. (2017). Histone lysine methylation and neurodevelopmental disorders. Int. J. ΜοΙ. Sci. 18, 18071404. doi: 10.3390/ijms18071404

Kim, J.-Y., Hae, J. K., Choe, N.-W., Kim, S.-M., Eom, G.-H., Hee, J. B., et al. (2008). Multiple myeloma-related WHSC1/MMSET isoform RE-IIBP is a histone methyltransferase with transcriptional repression activity. Mol Κύτταρο. Biol. 28, 2023�. doi: 10.1128/MCB.02130-07

Kim, S.-M., Kee, H.-J., Choe, N., Kim, J.-Y., Kook, H., Kook, H., et al. (2007). The histone methyltransferase activity of WHISTLE is important for the induction of apoptosis and HDAC1-mediated transcriptional repression. Exp. Cell Res. 313, 975�. doi: 10.1016/j.yexcr.2006.12.007

Klauck, S. M., Felder, B., Kolb-Kokocinski, A., Schuster, C., Chiocchetti, A., Schupp, I., et al. (2006). Mutations in the ribosomal protein gene RPL10 suggest a novel modulating disease mechanism for autism. Mol Psychiatr. 11, 1073�. doi: 10.1038/sj.mp.4001883

Kobayashi, N., Hozumi, Y., Ito, T., Hosoya, T., Kondo, H., and Goto, K. (2007). Differential subcellular targeting and activity-dependent subcellular localization of diacylglycerol kinase isozymes in transfected cells. Ευρώ. J. Cell Biol. 86, 433�. doi: 10.1016/j.ejcb.2007.05.002

Krishnan, A., Zhang, R., Yao, V., Theesfeld, C. L., Wong, A. K., Tadych, A., et al. (2016). Genome-wide prediction and functional characterization of the genetic basis of autism spectrum disorder. Nat. Neurosci. 19, 1454�. doi: 10.1038/nn.4353

Kuo, A. J., Cheung, P., Chen, K., Zee, B. M., Kioi, M., Lauring, J., et al. (2011). NSD2 links dimethylation of histone H3 at lysine 36 to oncogenic programming. Mol Κύτταρο 44, 609�. doi: 10.1016/j.molcel.2011.08.042

Lelieveld, S. H., Reijnders, M. R. F., Pfundt, R., Yntema, H. G., Kamsteeg, E.-J., de Vries, P., et al. (2016). Meta-analysis of 2,104 trios provides support for 10 new genes for intellectual disability. Nat. Neurosci. 19, 1194�. doi: 10.1038/nn.4352

Lin, G. N., Corominas, R., Nam, H., Urresti, J., and Iakoucheva, L. M. (2017). Comprehensive Analyses of Tissue-Specific Networks with Implications to Psychiatric Diseases. Methods Mol. Biol. 1613, 371�. doi: 10.1007/978-1-4939-7027-8_15

Lin, G. N., Guo, S., Tan, X., Wang, W., Qian, W., Song, W., et al. (2019). PsyMuKB: An Integrative De Novo Variant Knowledge Base for Developmental Disorders. Genom. Proteom. Bioinform. 2019:002. doi: 10.1016/j.gpb.2019.10.002

Luck, K., Kim, D.-K., Lambourne, L., Spirohn, K., Begg, B. E., Bian, W., et al. (2020). A reference map of the human binary protein interactome. Φύση 580, 402�. doi: 10.1038/s41586-020-2188-x

Lumish, H. S., Wynn, J., Devinsky, O., and Chung, W. K. (2015). Brief Report: SETD2 Mutation in a Child with Autism, Intellectual Disabilities and Epilepsy. J. Autism Dev. Disord. 45, 3764�. doi: 10.1007/s10803-015-2484-8

Marshall, A. N., Montealegre, M. C., Jiménez-López, C., Lorenz, M. C., and van Hoof, A. (2013). Alternative Splicing and Subfunctionalization Generates Functional Diversity in Fungal Proteomes. PLoS Genet. 9:e1003376. doi: 10.1371/journal.pgen.1003376

McDevitt, P. J., Schneck, J. L., Diaz, E., Hou, W., Huddleston, M. J., Matico, R. E., et al. (2019). A Scalable Platform for Producing Recombinant Nucleosomes with Codified Histone Methyltransferase Substrate Preferences. Protein Expr. Purif. 164:105455. doi: 10.1016/j.pep.2019.105455

Merkin, J., Russell, C., Chen, P., and Burge, C. B. (2012). Evolutionary dynamics of gene and isoform regulation in Mammalian tissues. Επιστήμη 338, 1593�. doi: 10.1126/science.1228186

Messaoudi, L., Yang, Y.-G., Kinomura, A., Stavreva, D. A., Yan, G., Bortolin-Cavaillé, M.-L., et al. (2007). Subcellular distribution of human RDM1 protein isoforms and their nucleolar accumulation in response to heat shock and proteotoxic stress. Nucleic Acids Res. 35, 6571�. doi: 10.1093/nar/gkm753

Mirabella, F., Murison, A., Aronson, L. I., Wardell, C. P., Thompson, A. J., Hanrahan, S. J., et al. (2014). A novel functional role for MMSET in RNA processing based on the link between the REIIBP isoform and its interaction with the SMN complex. PLoS One 9:0099493. doi: 10.1371/journal.pone.0099493

Modrek, B., and Lee, C. J. (2003). Alternative splicing in the human, mouse and rat genomes is associated with an increased frequency of exon creation and/or loss. Nat. Genet. 34, 177�. doi: 10.1038/ng1159

Morishita, M., and Di Luccio, E. (2011). Cancers and the NSD family of histone lysine methyltransferases. Biochim. Biophys. Acta Rev. Cancer 1816, 158�. doi: 10.1016/j.bbcan.2011.05.004

Mosca, R., Céol, A., Stein, A., Olivella, R., and Aloy, P. (2014). 3did: a catalog of domain-based interactions of known three-dimensional structure. Nucleic Acids Res. 42, D374�. doi: 10.1093/nar/gkt887

Nair, R., and Rost, B. (2009). Sequence conserved for subcellular localization. Protein Sci. 11, 2836�. doi: 10.1110/ps.0207402

Narasimhan, A., Greiner, R., Bathe, O. F., Baracos, V., and Damaraju, S. (2018). Differentially expressed alternatively spliced genes in skeletal muscle from cancer patients with cachexia. J. Cachexia. Sarcopenia Muscle 9, 60�. doi: 10.1002/jcsm.12235

Noh, H. J., Ponting, C. P., Boulding, H. C., Meader, S., Betancur, C., Buxbaum, J. D., et al. (2013). Network topologies and convergent aetiologies arising from deletions and duplications observed in individuals with autism. PLoS Genet. 9:e1003523. doi: 10.1371/journal.pgen.1003523

O’Leary, N. A., Wright, M. W., Brister, J. R., Ciufo, S., Haddad, D., McVeigh, R., et al. (2016). Reference sequence (RefSeq) database at NCBI: current status, taxonomic expansion, and functional annotation. Nucleic Acids Res. 44, D733�. doi: 10.1093/nar/gkv1189

O’Roak, B. J., Vives, L., Girirajan, S., Karakoc, E., Krumm, N., Coe, B. P., et al. (2012). Sporadic autism exomes reveal a highly interconnected protein network of de novo mutations. Φύση 485, 246�. doi: 10.1038/nature10989

Ouda, R., Sarai, N., Nehru, V., Patel, M. C., Debrosse, M., Bachu, M., et al. (2018). SPT6 interacts with NSD2 and facilitates interferon-induced transcription. FEBS Lett. 592, 1681�. doi: 10.1002/1873-3468.13069

Oughtred, R., Stark, C., Breitkreutz, B.-J., Rust, J., Boucher, L., Chang, C., et al. (2019). The BioGRID interaction database: 2019 update. Nucleic Acids Res. 47, D529�. doi: 10.1093/nar/gky1079

Pan, Q., Shai, O., Lee, L. J., Frey, B. J., and Blencowe, B. J. (2008). Deep surveying of alternative splicing complexity in the human transcriptome by high-throughput sequencing. Nat. Genet. 40, 1413�. doi: 10.1038/ng.259

Park, E., Pan, Z., Zhang, Z., Lin, L., and Xing, Y. (2018). The Expanding Landscape of Alternative Splicing Variation in Human Populations. Είμαι. J. Hum. Genet. 102, 11�. doi: 10.1016/j.ajhg.2017.11.002

Poulin, M. B., Schneck, J. L., Matico, R. E., McDevitt, P. J., Huddleston, M. J., Hou, W., et al. (2016). Transition state for the NSD2-catalyzed methylation of histone H3 lysine 36. Proc. Natl. Ακαδ. Sci. U. S. A. 113, 1197�. doi: 10.1073/pnas.1521036113

Richard, H., Schulz, M. H., Sultan, M., Nürnberger, A., Schrinner, S., Balzereit, D., et al. (2010). Prediction of alternative isoforms from exon expression levels in RNA-Seq experiments. Nucleic Acids Res. 38, e112�. doi: 10.1093/nar/gkq041

Sanders, S. J., Murtha, M. T., Gupta, A. R., Murdoch, J. D., Raubeson, M. J., Willsey, A. J., et al. (2012). De novo mutations revealed by whole-exome sequencing are strongly associated with autism. Φύση 485, 237�. doi: 10.1038/nature10945

Shannon, P., Markiel, A., Ozier, O., Baliga, N. S., Wang, J. T., Ramage, D., et al. (2003). Cytoscape: a software environment for integrated models of biomolecular interaction networks. Genome Res. 13, 2498�. doi: 10.1101/gr.1239303

Sjaarda, C. P., Wood, S., McNaughton, A. J. M., Taylor, S., Hudson, M. L., Liu, X., et al. (2020). Exome sequencing identifies de novo splicing variant in XRCC6 in sporadic case of autism. J. Hum. Genet. 65, 287�. doi: 10.1038/s10038-019-0707-0

Stec, I., Wright, T. J., Van Ommen, G.-J. B., De Boer, P. A. J., Van Haeringen, A., Moorman, A. F. M., et al. (1998). WHSC1, a 90 kb SET domain-containing gene, expressed in early development and homologous to a Drosophila dysmorphy gene maps in the Wolf-Hirschhorn syndrome critical region and is fused to IgH in t(414) multiple myeloma. Βουητό. Mol Genet. 7, 1071�. doi: 10.1093/hmg/7.7.1071

Stessman, H. A. F., Xiong, B., Coe, B. P., Wang, T., Hoekzema, K., Fenckova, M., et al. (2017). Targeted sequencing identifies 91 neurodevelopmental-disorder risk genes with autism and developmental-disability biases. Nat. Genet. 49, 515�. doi: 10.1038/ng.3792

Takumi, T., and Tamada, K. (2018). CNV biology in neurodevelopmental disorders. Curr. Γνώμη. Neurobiol. 48, 183�. doi: 10.1016/j.conb.2017.12.004

Tanaka, H., Igata, T., Etoh, K., Koga, T., Takebayashi, S., and Nakao, M. (2020). The NSD2/WHSC1/MMSET methyltransferase prevents cellular senescence𢄪ssociated epigenomic remodeling. Aging Cell 19, 13173. doi: 10.1111/acel.13173

Tseng, Y.-T., Li, W., Chen, C.-H., Zhang, S., Chen, J. J. W., Zhou, X. J., et al. (2015). IIIDB: A database for isoform-isoform interactions and isoform network modules. BMC Genomics 16:S10. doi: 10.1186/1471-2164-16-S2-S10

UniProt Consortium. (2019). UniProt: a worldwide hub of protein knowledge. Nucleic Acids Res. 47, D506�. doi: 10.1093/nar/gky1049

Veltman, J. A., and Brunner, H. G. (2012). De novo mutations in human genetic disease. Nat. Αιδ. Genet. 13, 565�. doi: 10.1038/nrg3241

Wang, E. T., Sandberg, R., Luo, S., Khrebtukova, I., Zhang, L., Mayr, C., et al. (2008). Alternative isoform regulation in human tissue transcriptomes. Φύση 456, 470�. doi: 10.1038/nature07509

Yang, X., Coulombe-Huntington, J., Kang, S., Sheynkman, G. M., Hao, T., Richardson, A., et al. (2016). Widespread Expansion of Protein Interaction Capabilities by Alternative Splicing. Κύτταρο 164, 805�. doi: 10.1016/j.cell.2016.01.029

Yu, G., Wang, L.-G., Han, Y., and He, Q.-Y. (2012). clusterProfiler: an R Package for Comparing Biological Themes Among Gene Clusters. Omi. A J. Integr. Biol. 16, 284�. doi: 10.1089/omi.2011.0118

Zanni, G., Kalscheuer, V. M., Friedrich, A., Barresi, S., Alfieri, P., Di Capua, M., et al. (2015). A Novel Mutation in RPL10 (Ribosomal Protein L10) Causes X-Linked Intellectual Disability, Cerebellar Hypoplasia, and Spondylo-Epiphyseal Dysplasia. Βουητό. Mutat. 36, 1155�. doi: 10.1002/humu.22860

Zerbino, D. R., Achuthan, P., Akanni, W., Amode, M. R., Barrell, D., Bhai, J., et al. (2018). Ensembl 2018. Nucleic Acids Res. 46, D754�. doi: 10.1093/nar/gkx1098

Zhang, J., Jima, D., Moffitt, A. B., Liu, Q., Czader, M., Hsi, E. D., et al. (2014). The genomic landscape of mantle cell lymphoma is related to the epigenetically determined chromatin state of normal B cells. Αίμα 123, 2988�. doi: 10.1182/blood-2013-07-517177

Zhang, W., Bojorquez-Gomez, A., Velez, D. O., Xu, G., Sanchez, K. S., Shen, J. P., et al. (2018). A global transcriptional network connecting noncoding mutations to changes in tumor gene expression. Nat. Genet. 50, 613�. doi: 10.1038/s41588-018-0091-2

Keywords : NSD2, alternatively splicing, protein–protein interaction, isoform, RPL10

Citation: Wang W, Chen Y, Zhao J, Chen L, Song W, Li L and Lin GN (2021) Alternatively Splicing Interactomes Identify Novel Isoform-Specific Partners for NSD2. Εμπρός. Cell Dev. Biol. 9:612019. doi: 10.3389/fcell.2021.612019

Received: 30 September 2020 Accepted: 05 February 2021
Published: 25 February 2021.

Roland Wohlgemuth, Lodz University of Technology, Poland

Kedryn K. Baskin, Wexner Medical Center, The Ohio State University, United States
Ellis Fok, The Chinese University of Hong Kong, China

Copyright © 2021 Wang, Chen, Zhao, Chen, Song, Li and Lin. This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.

† These authors have contributed equally to this work and share first authorship


Μέθοδοι

D. melanogasterstrains and transgenes

Strains are described on FlyBase [37] or by Wilson et al. [24]. ο mfr mutations (mfr Ζ2713 , mfr Ζ0695 , mfr Ζ2942 , mfr Ζ1021 , mfr Ζ6248 , mfr Ζ1386 , mfr Ζ4070 , mfr Ζ3281 , mfr Ζ3323 , mfr Ζ1250 , and mfr Ζ4901 ) were recovered in a screen for ethyl methanesulfonate (EMS)-induced male-sterile mutations in a bwst background [17] from the Zuker collection [38]. ο mfr 1 stock was provided by T. Ohsako and M-T. Yamamoto [16].

The two deficiency chromosomes, Df(3L)h-i22 και Df(3L)ED4415, were used in this study. Although they behaved identically in failing to complement the male sterility associated with each mfr mutation, Df(3L)h-i22 was variable compared to Df(3L)ED4415 in complementation assays of mfr/Df θηλυκά. Both chromosomes lack the mfr gene, as verified using a PCR assay on embryos homozygous for the deficiencies (K. Okada, personal communication). Therefore, we attributed the difference to a possible genetic suppressor of the female phenotype in the Df(3L)h-i22 stock and used Df(3L)ED4415 for assaying hemizygous female genotypes.

Transgenic lines containing the mfr genomic region were constructed using a 10.7 kb BssHII/BsiWI fragment isolated from BACN18D24 (Children's Hospital Oakland Research Institute, Oakland, CA). After attachment of NotI linkers (New England BioLabs, Ipswich, MA), the fragment was cloned into the pCasPeR4 transformation vector. Standard germ line transformation techniques and genetic crosses were used to construct two independent strains (A and B) of the genotype w 1118 P [w +mc mfr +τ10.7 ]ΕΝΑ ή B/SM1 st mfr Ζ0695 /TM6 and test for rescue of the mfr mutant phenotypes.

Ανάλυση του mfrtranscripts

RNA was harvested from testes, ovaries, and carcasses of male and female flies that were 1–3 days old using the RNeasy kit (Qiagen, Valencia, CA). PolyA+ RNA was isolated by the MicroPoly(A) Purist Kit (Ambion, Austin, TX). To determine the tissue specificity of mfr, first strand cDNA synthesis was performed with SuperScript II Reverse Transcriptase (Invitrogen, Carlsbad, CA). RT-PCR was carried out on cDNA with mfr gene specific primers (located in exon 8 and 14 in testis cDNAs, and exon 7 and 13 in ovary cDNAs) and yip-6 control primers that span an intron. Sequences of these and other primers used in this study are available upon request. PCR products from the testes and ovaries were cloned in the TOPO-TA vector (Invitrogen, Carlsbad, CA), and generated clones were sequenced using Big Dye Terminator Cycle Sequencing Reaction Kit (Applied Biosystems, Foster City, CA) and an ABI/PRISM 3100 Genetic Analyzer.

For RACE analysis on the testes and ovaries, first-strand cDNA synthesis was performed with PowerScript™ Reverse Transcriptase (SMART RACE cDNA Amplification Kit, Clontech, Mountain View, CA) for 5'RACE and MMLV Reverse Transcriptase (First Choice RLM-RACE Kit, Ambion, Austin, TX) for 3' RACE. For both 5' and 3' RACE, PCR products were generated with two different primer sets and cloned using the TOPO-TA vector. Generated clones were sequenced as described above. For 5' RACE, the PowerScript™ Reverse Transcriptase can add between 3–5 C residues to the first strand of cDNA, an activity that later creates ambiguity for defining the exact start site of the cDNA if the corresponding genomic sequence contains one or more Gs. This ambiguity occurred for a subset of mfr start sites and is noted by the brackets in Figure 1B.

Sequences determined to be at the 5' and 3' end of the mfr transcript by RACE analysis were used to design primer sets to isolate near full-length cDNAs. PCR was performed under conditions optimized for long products (Qiagen, Valencia, CA) with a combination of ProofStart DNA polymerase (Qiagen, Valencia, CA) and Taq DNA polymerase (Promega, Madison, WI), and the products were cloned into the TOPO-TA vector. Generated clones of six testis and nine ovary cDNAs were selected and sequenced as described above. Sequences of cDNAs are available in GenBank as: EF120975 (T1), EF120976 (T2), EF120977 (T3), EF120978 (T4), EF120979 (O1), EF120980 (O2), and EF120981 (O3).

Localization of mfrmutations

To determine the location of the mfr mutations, genomic DNA was extracted from males of the bwst parent strain or mfr στελέχη. Overlapping primer sets were used to amplify the entire mfr ORF and splice junctions, except 48 bp of the 5' end of exon 2. PCR products were then sequenced. Each mutation was verified by sequencing two independent products.

Assays for male fertility and fertilization

To assess fertility, single males were mated to three Canton-S (CS) virgin females and cultures were inspected for the presence of progeny over the course of 15 days. At least 10 males were assayed for each mfr allele in hemizygous combinations with Df(3L)h-i22 ή Df (3L)ED4415 and for a subset of mfr alleles in heteroallelic combination (mfr Ζ0695 /mfr Ζ1386 , mfr Ζ2942 /mfr Ζ3281 , mfr Ζ2942 /mfr Ζ4070 , mfr Ζ2942 /mfr Ζ1386 , mfr Ζ2942 /mfr Ζ6248 , mfr Ζ2942 /mfr Ζ1021 , mfr Ζ2942 /mfr Ζ1250 , mfr Ζ2942 /mfr Ζ4901 ). Control crosses used males from the bwst parent strain or sibling mfr/Balancer males.

In order to compare efficiencies of fertilization of mfr and normal sperm, a transgene expressing the don juan-GFP (dj-GFP) sperm tail marker [39] was introduced into the mfr mutant background to create w dj-GFP st mfr/Df(3L)h-i22 males for five alleles: mfr Ζ0695 , mfr Ζ6248 , mfr Ζ2942 , mfr Ζ3281 , and mfr Ζ2713 . Males were mated to CS females and laid eggs were collected up to 90 minutes after egg deposition then processed as described below to assay GFP. dj-GFP mfr + males were used in a control cross to monitor the efficiency of the assay. In this cross, 98% of the eggs hatch (n = 335 eggs), and we detected the DJ-GFP sperm tail marker in 87% of the eggs (n = 60 eggs).

Eggs laid by females were dechorionated in 50% bleach, fixed in 4% paraformaldehyde with an octane overlay, devitellinized with methanol, stained with 1 μg/ml DAPI, and then mounted on slides in Vectashield (Vector Laboratories Inc., Burlingame, CA). Preparations were viewed using a BioRad Radiance 2000 LSCM confocal microscope in conjunction with a Spectra-Physics Mai Tai Laser, a 488 nm Kr/Ar laser, and a Nikon Eclipse E600-FN fluorescent scope. Z-series stacks were compiled using NIH Image and images were edited using Adobe Photoshop 7.0.

Two additional transgenes, expressing CD2 or Snky-GFP, were introduced into a mfr Ζ0695 mutant background. Assays for protein expression in sperm were performed as described by Wilson et al. [24] except a 1:25 dilution of the anti-rat CD2 monoclonal antibody (Harlan Sera-Labs Ltd, Loughborough, UK) and a 1:200 dilution of the Alexa 488 rabbit anti-mouse and goat anti-rabbit antibodies (Alexa 488 Signal-Amplification kit, Molecular Probes, Eugene, OR) were used.

Assays for mfreffects during oogenesis and embryogenesis

To assay for mfr effects in females, crosses were set up to generate siblings with control and mfr mutant genotypes. These crosses allowed morphological comparisons of eggs laid by bw/+ st mfr + /Df(3L)ED4415 control females to bw/+ st mfr/Df(3L)ED4415 females for each of the 11 mfr alleles, and to eggs laid by heteroallelic bw/+ st mfr Ζ0695 /st mfr Ζ1386 , bw/+ st mfr Ζ0695 /st mfr Ζ4070 and bw/+ st mfr Ζ1386 /st mfr Ζ4070 females. A minimum of 176 eggs was examined for each female genotype. Eggs were classified as having either wild-type or mutant morphology based on length and distance of the two dorsal appendages. Eggs were photographed using a Nikon photomicroscope equipped with a CoolSNAP cool-charged coupled device camera (RS Photometrics, Tucson, AZ).

Additional assays in females focused on mainly on the mfr Ζ4070 and mfr Ζ1386 mutations. To examine localization of Gurken during oogenesis, ovaries from bwst και bwst mfr Ζ4070 /st mfr Ζ1386 females were dissected and fixed in 4% paraformaldehyde in 1 × PBS and heptane. The ovaries were incubated overnight with a 1:100 dilution of a primary mouse Gurken antibody [40] (Developmental Studies Hybridoma Bank, Iowa City, IA) and then subsequently with a 1:1000 dilution of the Alexa 488 goat anti-mouse secondary antibody (Molecular Probes, Eugene, OR). The ovaries were stained with 0.1 mg/ml DAPI, cleared in 80% glycerol overnight at 4°C, then mounted on coded slides so scoring could be done without knowledge of the genotype. Localization of the Gurken signal was scored as abnormal if the signal did not extend posteriorly beyond the oocyte nucleus in stage 10 egg chambers.

To assess female fertility and maternal effects on embryogenesis, bwst, bw/+st mfr Ζ1386 /st mfr Ζ4070 , and bw/+st mfr Ζ4070 or st mfr Ζ1386 /TM6 females were mated to wild-type CS males. Eggs were collected then held at 25°C for 50 min, 90 min, or 48 hours. After 50 or 90 minutes, embryos were dechorionated in 50% bleach, rinsed in 0.2% NaCl/0.2% Triton-X and water, and treated with 0.5 M EGTA. The embryos were vortexed in a 50:50 mixture of octane and methanol. The octane layer was removed and the embryos were rinsed in methanol and a step-wise increase in 0.1% Triton X in 1 × PBS. The embryos were stained in 0.1 μg/ml DAPI, placed in 90% glycerol at 4°C overnight, and staged according to the number of nuclei in the embryo. Total nuclei were counted for embryos in cycle 1 through cycle 8. After cycle 8, the total number of nuclei was extrapolated from the number of nuclei along the embryo periphery. For the embryos held for 48 hours, the hatch rate was determined by counting the unhatched embryos.

Στατιστική ανάλυση

All statistical analyses were performed with the program JMP (SAS Institute, Cary, NC). χ 2 likelihood ratio tests were used to compare the goodness-of-fit between models. Because multiple tests can increase type 1 error, when three pairwise comparisons were made, the sequential Bonferroni correction was used to determine the critical Π-value (lowest Π < 0.0167, middle Π < 0.025, and highest Π < 0,05). An ordinal logistic regression model was used to analyze the distribution of embryonic mitotic stages for Figure 10.

Protein prediction programs

The predicted Mfr protein structure was evaluated by SMART [41, 42]. The C2 domain closest to the C terminus (C2F) was not predicted by SMART, so the boundaries of this domain were determined by homology to predicted C2F domains of Mfr orthologs in other Δροσοφίλα είδος. Percent identity between sequences was determined with ClustalW [43].


Δες το βίντεο: Genes and Isoforms (Νοέμβριος 2022).