Убе3а-АТС
| СНХГ14 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Идентификаторы | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Псевдонимы | SNHG14 , 115HG, LNCAT, NCRNA00214, UBE3A-AS, UBE3A-AS1, UBE3AATS, малая ядрышковая РНК гена хозяина 14, IC-SNURF-SNRPN, U-UBE3A-ATS, UBE3A-ATS, Ube3a-ATS | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Внешние идентификаторы | Опустить : 616259 ; Генные карты : SNHG14 ; OMA : SNHG14 — ортологи | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Викиданные | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
UBE3A-ATS/Ube3a-ATS (человек/мышь), иначе известная как убиквитинлигаза E3A-ATS , — это название антисмысловой цепи ДНК, которая транскрибируется как часть более крупного транскрипта, называемого LNCAT (большой некодирующий антисмысловой транскрипт) на локус Ube3a . Локус Ube3a . импринтируется и в ЦНС экспрессируется только с материнской аллели замалчивание Ube3a Считается, что Ube3a-ATS на отцовском аллеле происходит через часть LNCAT . [ 2 ] поскольку некодирующие антисмысловые транскрипты часто обнаруживаются в импринтированных локусах. [ 3 ] Делеция и/или мутация Ube3a в материнской хромосоме вызывает синдром Ангельмана (АС), и Ube3a-ATS может оказаться важным аспектом в поиске терапии этого заболевания. В то время как у пациентов с АС материнский аллель Ube3a неактивен, отцовский аллель интактен, но эпигенетически молчат. Если его не заглушить, отцовский аллель может быть источником активного белка Ube3a у пациентов с АС. Следовательно, понимание механизмов того, как Ube3a-ATS может участвовать в подавлении отцовского Ube3a, может привести к новым методам лечения АС. Такая возможность была продемонстрирована недавним исследованием, в котором препарат топотекан , введенный мышам, страдающим АС, активировал экспрессию отцовского гена Ube3a за счет снижения транскрипции Ube3a-ATS . [ 4 ]
ЛНКАТ Организация
[ редактировать ]
Человеческий UBE3A-ATS экспрессируется как часть LNCAT главным образом из отцовского аллеля в центральной нервной системе (ЦНС). [ 2 ] [ 7 ] Транскрипт имеет длину около 450 т.п.н. , начинается от U-экзонов и распространяется до UBE3A на противоположной цепи, а возможно, и дальше. Промотор области U - Snurf Snrpn / и центр импринтинга находятся в экзона . Промоторная область обязательна, поскольку удаление этой области отменяет Ube3a-ATS транскрипцию . Рядом с промотором находится PWS-IC , а примерно на 35 кбит выше PWS-IC находится AS-IC . Считается, что эти две области контролируют экспрессию всей цепи LNCAT . Начиная с промотора, весь транскрипт может быть транскрибирован, а после транскрипции подвергается дальнейшему процессингу и сплайсингу. Обзор в журнале «Тенденции в нейробиологии» . [ 6 ]
Рядом с промоторной областью U-экзона расположен Snrpn/Snurf может быть альтернативно сплайсирован либо с Snrpn , либо с Snurf , который у людей (у мышей он остается в виде одного бицистронного транскрипта). [ 8 ] Snrpn кодирует белок неизвестной функции, который локализуется в ядре клетки . Snurf кодирует небольшой ядерный рибонуклеопротеин . Хотя большинство этих белков участвуют в сплайсинге , роль этого конкретного белка еще не известна. [ 8 ] Ниже Snrpn/Snurf и внутри его интронов расположены последовательности нескольких мяРНК C/D-бокса . Большинство snoRNA C/D-бокса участвуют в не- мРНК метилировании . [ 8 ] [ 9 ] Однако недавно было обнаружено, что одна мякРНК на Ube3a-ATS , SNORD 115, изменяет альтернативный сплайсинг пре-мРНК 2C рецептора серотонина. Кроме того, эта мякРНК обладает способностью изменять сплайсинг пяти различных мРНК. [ 10 ] Среди последовательностей мякРНК есть вложенный IPW (импринтированный Прадер-Вилли), некодирующая область, удаление которой, как полагают, вызывает синдром Прадера-Вилли . [ 11 ]
Модельные системы
[ редактировать ]Мышиные и человеческие Ube3a-ATS/Ube3a ортологичны , и общая организация областей аналогична. Например, локус мыши также содержит Snurf/Snrpn , snoRNA и IPW. Основные различия заключаются в расположении и длине транскриптов Ube3a-ATS . Человеческий Ube3a/Ube3a-ATS расположен на хромосоме 15 , тогда как мышиный Ube3a расположен на хромосоме 7. Мышиный LNCAT , включая Ube3a-ATS , имеет длину около 1000 т.п.н., что намного длиннее, чем человеческий LNCAT длиной 450 т.п.н. [ 2 ] [ 6 ] [ 7 ] мыши и человека Благодаря сходной организации LNCAT/Ube3a-ATS и тому факту, что локус Ube3a мыши также импринтируется , мышь является отличной модельной системой для изучения импринтинга и взаимодействий между Ube3a/Ube3a-ATs . Кроме того, нейроны мыши продолжают сохранять свой паттерн импринтинга в культуре. [ 12 ]
Варианты и места сращивания
[ редактировать ]Хотя весь транскрипт LNCAT , включая транскрипт Ube3a-ATS , может быть транскрибирован, его часто подвергают сплайсингу для включения и исключения различных экзонов. Различные варианты сплайсинга экспрессируются в разных типах тканей и ситуациях. По большей части считается, что по крайней мере некоторый тип Ube3a-ATS экспрессируется в импринтированных клетках ЦНС, таких как клетки Пуркинье и нейроны гиппокампа . Однако существует пространственно-временная регуляция как нижележащей, так и восходящей части этого транскрипта. [ 13 ] и журнал неврологии . [ 14 ]
У эмбрионов мышей экзоны Snurf/Snrpn обнаруживались в бластоцистах примерно через 7 дней после коитуса и продолжали экспрессироваться на протяжении всего развития. Экзоны Snurf/Snrpn ограничены тканями ЦНС во время развития и только позже, во взрослом возрасте, экспрессируются в других тканях. Экзоны Ube3a-ATS не обнаруживались до 10 дней после полового акта, и их экспрессия также была ограничена ЦНС во время развития. В целом, Ube3a-ATS выявляется на начальных стадиях нейрогенеза, тогда как Snurf/Snrpn экспрессируется в недифференцированных клетках-предшественниках и на протяжении всего процесса дифференцировки. [ 13 ] По данным браузера генома UCSC, существует как минимум 10 различных изоформ сплайсинга.
Согласно одному исследованию, вариант сплайсинга, который непосредственно перекрывается с Ube3a . в цитоплазме обнаруживается [ 15 ]
Предотвращение экспрессии обоих аллелей
[ редактировать ]Считалось, что специфический кластер центров импринтинга контролирует дифференциальную экспрессию Ube3a-ATS на материнских и отцовских аллелях . В центрах импринтинга (IC) есть две области, которые связаны с AS и PWS: AS-IC и PWS-IC. Эти центры импринтинга представляют собой контрольные области, которые определяют, могут ли окружающие гены и области экспрессироваться, и обнаруживаются как на материнских, так и на отцовских аллелях. Хотя дифференциальные паттерны метилирования материнских и отцовских генов часто связаны с импринтингом, AS-IC остается неметилированным в обоих аллелях. Однако соседний PWS-IC метилирован по материнской аллели, но остается неметилированным по отцовской аллели. [ 16 ]
Предполагается, что PWS-IC контролирует экспрессию LNCAT и Ube3a-ATS . У мышей, у которых был удален PWS-IC, экспрессия Ube3a-ATS снижается. [ 5 ] В центральной нервной системе Ube3a-ATS преимущественно экспрессируется из отцовского аллеля, где PWS-IC не метилирован. [ 13 ] С другой стороны, на материнском аллеле, где PWS-IC метилирован, Ube3a-ATS не экспрессируется, что позволяет предположить, что метилирование PWS-IC каким-то образом предотвращает экспрессию Ube3a-ATS . Это подтверждается несколькими исследованиями, в которых предотвращение метилирования PWS-IC путем выключения метилтрансфераз в эмбриональных стволовых клетках приводит к биаллельной экспрессии Ube3a-ATS и молчанию Ube3a на материнской аллели. [ 10 ]
Однако метилирование — не единственный процесс, участвующий в предотвращении экспрессии материнского Ube3a-ATS . Ожидается, что импринтинговые домены взаимодействуют с другими белками, которые способствуют молчанию и Ube3a LNCAT - ATS на материнской аллели. Например, когда MECP2 нокаутирован, например, у пациентов с синдромом Ретта , Ube3a-ATS экспрессируется биаллельно, что снижает экспрессию Ube3a из материнской аллели. [ 10 ]
Модель столкновения
[ редактировать ]
Только одна РНК-полимераза (РНКП) может транскрибировать часть матрицы одновременно. Когда две РНКП транскрибируются в противоположных направлениях, может произойти столкновение. Это может привести к остановке обеих РНКП, возврату одной РНКП или падению матрицы. В этом случае РНКП, транскрибирующая отцовский UBE3A-ATS, конкурирует с РНКП, транскрибирующей UBE3A, и отталкивает ее от матрицы, предотвращая транскрипцию UBE3A и позволяя транскрипцию UBE3A-ATS. Стрелки показывают направление транскрипции. Обзор в журнале «Тенденции в нейробиологии» . [ 6 ] ]]
В настоящее время существуют три модели, объясняющие, как -ATS LNCAT Ube3a подавляет отцовский Ube3a - модель столкновения, модель взаимодействия РНК-ДНК и модель интерференции двухцепочечной РНК . [ 6 ] [ 15 ] Хотя эти модели не были продемонстрированы непосредственно для Ube3a/Ube3a-ATS , они считаются правдоподобными на основании доказательств подавления других природных антисмысловых транскриптов этими методами. Однако модель столкновения, согласно последним исследованиям, кажется наиболее вероятной. [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]
Модель столкновения можно представить как дорогу, достаточно широкую для проезда только одной машины. Шикарная машина едет с одной стороны, а плуг с другой, в конечном итоге столкнувшись. После столкновения плуг толкает умную машину назад, а она продолжает двигаться вперед. В модели столкновения Ube3a/Ube3a-ATS РНК -полимеразы (РНКП) перемещаются навстречу друг другу вдоль смысловой и антисмысловой матриц во время транскрипции. Смысловые и антисмысловые шаблоны перекрываются для Ube3a и Ube3a-ATS . Два пузыря транскрипции столкнутся лицом к лицу, и РНКП, транскрибирующая Ube3a-ATS , будучи плугом, подтолкнет РНКП, транскрибирующую Ube3a (умный автомобиль), назад и, в конечном итоге, за пределы шаблона. Это предотвращает полную транскрипцию Ube3a. [ 6 ]
Подтверждением этой модели являются два недавних исследования. В первом исследовании изучалась транскрипция генов на смысловых цепях , которые перекрывались генами, экспрессируемыми на антисмысловой цепи . Чем длиннее область перекрытия, тем менее эффективной была транскрипция смысловой цепи, что указывает на то, что транскрипция на одной цепи мешает транскрипции на другой цепи. [ 19 ] Другое исследование напрямую отслеживало столкновения между РНКП, транскрибирующими матрицу, с помощью атомно-силовой микроскопии. РНКП останавливались на фрагментах ДНК и сталкивались с другими удлиняющимися РНКП. Изображения показали остановку двух RNAP сразу после столкновения, а также возврат одной из RNAP. [ 17 ]
Хотя эти исследования не проводились для Ube3a/Ube3a-ATS , использование атомно-силовой микроскопии для мониторинга транскрипции в этом локусе может дать понимание того, как Ube3a на самом деле подавляется посредством Ube3a-ATS . Дальнейшие исследования все еще очень необходимы для подтверждения этих моделей для Ube3a . [ нужна ссылка ]
Противоречивые исследования
[ редактировать ]Хотя несколько исследований подтверждают идею о том, что Ube3a-ATS может участвовать в отцовском молчании Ube3a , другие исследования противоречат этому. Одно исследование, в частности, выступает против in- cis-замалчивания Ube3a Ube3a с помощью -ATS . В этом исследовании, когда материнский аллель Ube3a увеличение отцовской экспрессии Ube3a-ATS был удален, наблюдалось . Это предполагает, что вместо того, чтобы отцовский Ube3a-ATS контролирул отцовский Ube3a , материнский Ube3a каким-то образом подавляет экспрессию отцовских Ube3a-ATs , возможно, в транс, а не в цис . Взаимодействие между материнскими и отцовскими гомологичными областями этих генов фактически наблюдалось в клетках человека и мыши во время интерфазы. [ 15 ]
Один из механизмов, объясняющий транс- молчание, включает взаимодействие между отцовской РНК Ube3a-ATS и материнской Ube3a мРНК . Возможно, материнская мРНК Ube3a взаимодействует с отцовской РНК Ube3a-ATS и снижает стабильность обоих этих транскриптов. Когда только Ube3a-ATS создается без Ube3a , Ube3a-ATS становится более стабильным. [ 15 ]
Другое исследование показало, что экспрессия Ube3a-ATS не происходит в импринтированных регионах. Гибридизация in situ не выявила Ube3a-ATS в клетках Пуркинье или нейронах гиппокампа. Однако и другие вышестоящие экзоны , соответствующие Snurf / Snrpn , были экспрессированы [ 13 ] указывая на то, что модель столкновения все еще может иметь место. Таким образом, дальнейшие исследования все еще необходимы.
Будущее
[ редактировать ]В нескольких исследованиях были предприняты попытки использовать возможность контроля экспрессии Ube3a посредством Ube3a-ATS . При АС отцовский PWS-IC не метилируется, что предположительно обеспечивает экспрессию Ube3a-ATS . Следовательно, если бы метилирование PWS-IC было возможно, транскрипция Ube3a-ATS могла бы быть запрещена, позволяя экспрессии Ube3a от отцовского аллеля компенсировать отсутствие экспрессии от материнского аллеля. Однолетнее исследование было проведено с участием нескольких пациентов с АС. Этим пациентам была назначена диета, способствующая метилированию, состоящая из бетаина , метафолина , креатина и витамина B12 добавок . Однако через год характер метилирования у этих пациентов не изменился. [ 20 ]
В другом исследовании протестирована большая библиотека различных лекарств и выявлено несколько топоизомеразы I и II ингибиторов , которые увеличивают экспрессию отцовского Ube3a в нейронах мышей и мышей. Ингибиторы топоизомеразы широко используются в качестве химиотерапевтических средств и вызывают апоптоз реплицирующихся клеток, вызывая двухцепочечные разрывы , которые останавливают репликационную вилку . Однако механизм их действия по активации отцовского Ube3a еще не известен, но может включать транскрипционное вмешательство в Ube3a-ATS , поскольку транскрипты Ube3a-ATS уменьшаются после лечения препаратом. Группа специально выбрала для изучения топотекан , который оказался наиболее эффективным в низком наномолярном диапазоне и уже одобрен Управлением по контролю за продуктами и лекарствами для лечения нескольких типов рака. [ 4 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Ссылка на Human PubMed:» . Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
- ^ Jump up to: а б с Рунте М., Хюттенхофер А., Гросс С., Кифманн М., Хорстемке Б., Бьютинг К. (ноябрь 2001 г.). «Транскрипт IC-SNURF-SNRPN служит хозяином для множества малых видов ядрышковой РНК и антисмысловой РНК для UBE3A» . Молекулярная генетика человека . 10 (23): 2687–2700. дои : 10.1093/hmg/10.23.2687 . ПМИД 11726556 .
- ^ Ройо Х., Кавай Дж. (март 2008 г.). «Некодирующие РНК в кластерах импринтированных генов» . Биология клетки . 100 (3): 149–166. дои : 10.1042/BC20070126 . ПМИД 18271756 . S2CID 8145761 .
- ^ Jump up to: а б Хуанг Х.С., Аллен Дж.А., Мабб А.М., Кинг И.Ф., Мирияла Дж., Тейлор-Блейк Б. и др. (декабрь 2011 г.). «Ингибиторы топоизомеразы выводят из строя спящий аллель Ube3a в нейронах» . Природа . 481 (7380): 185–189. дои : 10.1038/nature10726 . ПМЦ 3257422 . ПМИД 22190039 .
- ^ Jump up to: а б Хорстемке Б., Вагстафф Дж. (август 2008 г.). «Механизмы импринтинга региона Прадера-Вилли/Ангельмана». Американский журнал медицинской генетики. Часть А. 146А (16): 2041–2052 гг. дои : 10.1002/ajmg.a.32364 . ПМИД 18627066 . S2CID 20542460 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г Мабб А.М., Джадсон М.К., Зилка М.Дж., Филпот Б.Д. (июнь 2011 г.). «Синдром Ангельмана: понимание геномного импринтинга и фенотипов развития нервной системы» . Тенденции в нейронауках . 34 (6): 293–303. дои : 10.1016/j.tins.2011.04.001 . ПМК 3116240 . ПМИД 21592595 .
- ^ Jump up to: а б Рунте М., Кройзель П.М., Гиллессен-Кесбах Г., Варон Р., Хорн Д., Коэн М.Ю. и др. (май 2004 г.). «Уровни транскриптов SNURF-SNRPN и UBE3A у пациентов с синдромом Ангельмана». Генетика человека . 114 (6): 553–561. дои : 10.1007/s00439-004-1104-z . ПМИД 15014980 . S2CID 26493956 .
- ^ Jump up to: а б с Грей Т.А., Сайто С., Николлс Р.Д. (май 1999 г.). «Импринтированный бицистронный транскрипт млекопитающих кодирует два независимых белка» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 96 (10): 5616–5621. Бибкод : 1999PNAS...96.5616G . дои : 10.1073/pnas.96.10.5616 . ПМК 21909 . ПМИД 10318933 .
- ^ Рунте М., Варон Р., Хорн Д., Хорстемке Б., Буйтинг К. (февраль 2005 г.). «Исключение кластера генов мякоРНК C/D-бокса HBII-52 из основной роли в синдроме Прадера-Вилли». Генетика человека . 116 (3): 228–230. дои : 10.1007/s00439-004-1219-2 . ПМИД 15565282 . S2CID 23190709 .
- ^ Jump up to: а б с Кишор С., Ханна А., Чжан З., Хуэй Дж., Балвирц П.Дж., Стефан М. и др. (апрель 2010 г.). «МякоРНК MBII-52 (SNORD 115) процессируется в более мелкие РНК и регулирует альтернативный сплайсинг» . Молекулярная генетика человека . 19 (7): 1153–1164. дои : 10.1093/hmg/ddp585 . ПМЦ 2838533 . ПМИД 20053671 .
- ^ Веврик Р., Кернс Дж.А., Франк У (октябрь 1994 г.). «Идентификация нового гена, экспрессируемого по отцовской линии, в области синдрома Прадера-Вилли». Молекулярная генетика человека . 3 (10): 1877–1882. дои : 10.1093/hmg/3.10.1877 . ПМИД 7849716 .
- ^ Чемберлен С.Дж., Чен П.Ф., Нг К.Ю., Бургуа-Роча Ф., Лемтири-Чли Ф., Левин Э.С., Лаланд М. (октябрь 2010 г.). «Индуцированные модели плюрипотентных стволовых клеток нарушений геномного импринтинга, синдромов Ангельмана и Прадера-Вилли» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 107 (41): 17668–17673. Бибкод : 2010PNAS..10717668C . дои : 10.1073/pnas.1004487107 . ПМЦ 2955112 . ПМИД 20876107 .
- ^ Jump up to: а б с д Обзор в Dev Bio Ле Мёр Э., Ватрин Ф., Ландерс М., Стурни Р., Лаланд М., Мускателли Ф. (октябрь 2005 г.). «Динамическая регуляция развития большой некодирующей РНК, связанной с хромосомной областью мыши, импринтированной 7C» . Биология развития . 286 (2): 587–600. дои : 10.1016/j.ydbio.2005.07.030 . ПМИД 16126194 .
- ^ Чемберлен С.Дж., Лаланд М. (июль 2010 г.). «Синдром Ангельмана, нарушение геномного импринтинга головного мозга» . Журнал неврологии . 30 (30): 9958–9963. doi : 10.1523/JNEUROSCI.1728-10.2010 . ПМК 6633366 . ПМИД 20668179 .
- ^ Jump up to: а б с д Ландерс М., Кальчано М.А., Колози Д., Глатт-Дили Х., Вагстафф Дж., Лаланд М. (2005). «Материнское нарушение Ube3a приводит к усилению экспрессии Ube3a-ATS в транс» . Исследования нуклеиновых кислот . 33 (13): 3976–3984. дои : 10.1093/nar/gki705 . ПМК 1178004 . ПМИД 16027444 .
- ^ Перк Дж., Македонски К., Ланде Л., Седар Х., Разин А., Шемер Р. (ноябрь 2002 г.). «Механизм импринтинга регионального центра управления Прадер-Вилли/Ангельман» . Журнал ЭМБО . 21 (21): 5807–5814. дои : 10.1093/emboj/cdf570 . ПМК 131067 . ПМИД 12411498 .
- ^ Jump up to: а б Крэмптон Н., Бонасс В.А., Киркхэм Дж., Риветти С., Томсон Н.Х. (2006). «События столкновений между РНК-полимеразами при конвергентной транскрипции, изученные с помощью атомно-силовой микроскопии» . Исследования нуклеиновых кислот . 34 (19): 5416–5425. дои : 10.1093/нар/gkl668 . ПМК 1636470 . ПМИД 17012275 .
- ^ Каллен Б.П., Ширвин К.Е., Иган Дж.Б. (июнь 2004 г.). «Транскрипционная интерференция между конвергентными промоторами, вызванная удлинением промотора» . Молекулярная клетка . 14 (5): 647–656. doi : 10.1016/j.molcel.2004.05.010 . ПМИД 15175159 .
- ^ Jump up to: а б Осато Н., Сузуки Й., Икео К., Годобори Т. (июнь 2007 г.). «Транкрипционные вмешательства в цис-естественные антисмысловые транскрипты человека и мышей» . Генетика . 176 (2): 1299–1306. дои : 10.1534/genetics.106.069484 . ПМЦ 1894591 . ПМИД 17409075 .
- ^ Берд Л.М., Тан У.Х., Бачино К.А., Питерс С.У., Скиннер С.А., Ансельм И. и др. (декабрь 2011 г.). «Терапевтическое исследование пищевых добавок, способствующих метилированию, при синдроме Ангельмана» . Американский журнал медицинской генетики. Часть А. 155А (12): 2956–2963. дои : 10.1002/ajmg.a.34297 . ПМЦ 3222728 . ПМИД 22002941 .