Эпигенетика насекомых

Эпигенетика насекомых — это роль, которую эпигенетика (наследственные характеристики, не включающие изменения в последовательности ДНК) играет у насекомых .

Эпигенетические механизмы — это регуляторные механизмы, которые изменяют уровни экспрессии генов . Некоторые механизмы считаются эпигенетическими , включая метилирование ДНК , модификации гистонов и некодирующие РНК . Эпигенетические механизмы играют роль в таких процессах, как развитие , обучение и формирование памяти , старение , заболевания , дифференцировка клеток и защита генома.

Метилирование ДНК

Метилирование ДНК является эпигенетическим механизмом. Это химическая модификация ДНК, при которой метильная группа присоединяется к цитозину . Эта модификация устанавливается ДНК-метилтрансферазами (Dnmts). известны три типа ДНК-метилтрансфераз У млекопитающих . Эти ДНК-метилтрансферазы также присутствуют у насекомых , хотя у разных видов присутствуют определенные типы Dnmt. До сих пор остается предметом дискуссий, какова конкретная роль метилирования ДНК у насекомых, поскольку некоторые насекомые, такие как Drosophila melanogaster, просто имеют следы метилирования ДНК в своем геноме , и в целом геномы насекомых метилированы гораздо меньше, чем геномы млекопитающих (0,034% против 7,6% у Mus musculus ). ^{[ 1 ]} При сравнении различных видов насекомых и их соответствующих уровней метилирования была обнаружена четкая связь между обновлением клеток и метилированием ДНК, но не между размером генома или количеством повторяющихся последовательностей и метилированием ДНК.

У пчел

Медоносные пчелы ( Apis mellifera ) обладают гомологами всех трех ДНК-метилтрансфераз, известных у млекопитающих. ^{[ 2 ]}^{[ 3 ]} Но в отличие от млекопитающих они обладают двумя ДНК-метилтрансферазами 1 и только одной ДНК-метилтрансферазой 3. У медоносных пчел метилирование ДНК преимущественно происходит в кодирующих областях . ^{[ 4 ]} Функция метилирования ДНК у медоносных пчел заключается в регулировании альтернативного сплайсинга генов. ^{[ 5 ]}

Разработка

Метилирование ДНК играет важную роль в развитии каст и подкаст медоносных пчел. У медоносных пчел есть две разные касты: рабочие и королевы. Они генетически одинаковы, но имеют морфологические, физиологические и поведенческие различия. Среди рабочей касты есть две подкасты: медсестры и собиратели. К какой подкасте принадлежит рабочая пчела, зависит от ее возраста. Паттерн метилирования ДНК у маток и рабочих особей. ^{[ 4 ]}^{[ 6 ]}^{[ 7 ]} а между медсестрами и собирателями все по-другому. ^{[ 8 ]}^{[ 9 ]} Метилирование ДНК также увеличивается у рабочих личинок с возрастом, особенно в кодирующих областях и CpG-островках . Если у личинок медоносных пчел подавляется ДНК-метилтрансфераза 3, они развиваются в маток, тогда как в противном случае они развивались бы в рабочих особей. ^{[ 10 ]}

Ассоциативное обучение

С помощью ингибитора ДНК-метилтрансферазы зебуларина роль ДНК-метилтрансфераз в процессе обучения и формирования памяти изучена . Если ДНК-метилтрансферазы ингибируются во время парадигмы ассоциативного обучения , в которой пчелу обучают ассоциировать запах с пищевым вознаграждением, ассоциативная долговременная память пчел, специфичная для запаха, нарушается. ^{[ 11 ]} а также память об их угасании . ^{[ 12 ]} кратковременной памяти На формирование и приобретение ингибирование ДНК-метилтрансферазы не влияет.

У плодовых мух

У плодовой мушки D. melanogaster имеется только одна ДНК-метилтрансфераза, подобная Dnmt 2. Неизвестно, что Dnmt 2 метилирует ДНК у млекопитающих. Однако у дрозофилы нокдауна Dnmt 2-подобного белка достаточно, чтобы полностью истощить метилирование ДНК, а сверхэкспрессия Dnmt 2 вызывает гиперметилирование ДНК. ^{[ 13 ]}

Ссылки

^ Капуано Ф., Мюлледер М., Кок Р., Блом Х.Дж., Ральсер М. (апрель 2014 г.). «Метилирование ДНК цитозина обнаружено у Drosophila melanogaster, но отсутствует у Saccharomyces cerevisiae, Schizosaccharomyces pombe и других видов дрожжей» . Аналитическая химия . 86 (8): 3697–3702. дои : 10.1021/ac500447w . ПМК 4006885 . ПМИД 24640988 .
^ Ван Ю, Джорда М., Джонс П.Л., Малешка Р., Линг Х, Робертсон Х.М., Миззен К.А., Пейнадо М.А., Робинсон Г.Е. (октябрь 2006 г.). «Функциональная система метилирования CpG у общественного насекомого». Наука . 314 (5799): 645–7. Бибкод : 2006Sci...314..645W . дои : 10.1126/science.1135213 . ПМИД 17068262 . S2CID 31709665 .
^ Мацуи Т., Ямамото Т., Уайдер С., Здобнов Э.М., Кадоваки Т. (январь 2009 г.). «Профили экспрессии генов урбилатерий, уникальные для медоносных пчел и позвоночных» . БМК Геномика . 10:17 . дои : 10.1186/1471-2164-10-17 . ПМЦ 2656531 . ПМИД 19138430 .
^ Jump up to: ^а ^б Лико Ф., Форе С., Кучарски Р., Вольф С., Фалькенхайн С., Малешка Р. (ноябрь 2010 г.). «Эпигеномы медоносных пчел: дифференциальное метилирование ДНК мозга у маток и рабочих» . ПЛОС Биология . 8 (11): е1000506. дои : 10.1371/journal.pbio.1000506 . ПМЦ 2970541 . ПМИД 21072239 .
^ Ли-Бьярли Х., Ли Ю., Страуд Х., Фенг С., Ньюман Т.С., Канеда М. и др. (июль 2013 г.). «Нокаут ДНК-метилтрансферазы 3 РНК-интерференцией влияет на альтернативный сплайсинг генов у медоносной пчелы» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 110 (31): 12750–12755. Бибкод : 2013PNAS..11012750L . дои : 10.1073/pnas.1310735110 . ПМК 3732956 . ПМИД 23852726 .
^ Ши Ю, Ян Вай, Хуан Цзы, Ван З.Л., Ву XB, Цзэн З.Дж. (февраль 2013 г.). «Полногеномный анализ показывает, что личинки матки имеют более низкий уровень метилирования у медоносной пчелы (Apis mellifera)». Die Naturwissenschaften . 100 (2): 193–7. Бибкод : 2013NW....100..193S . дои : 10.1007/s00114-012-1004-3 . ПМИД 23238637 . S2CID 15874241 .
^ Ши YY, Хуан ZY, Цзэн ZJ, Ван ZL, Ву XB, Ян WY (апрель 2011 г.). «Диета и размер клеток влияют на дифференциацию маток и рабочих посредством метилирования ДНК у медоносных пчел (Apis mellifera, Apidae)» . ПЛОС ОДИН . 6 (4): e18808. Бибкод : 2011PLoSO...618808S . дои : 10.1371/journal.pone.0018808 . ПМЦ 3082534 . ПМИД 21541319 .
^ Херб Б.Р., Вольшин Ф., Хансен К.Д., Ари М.Дж., Лэнгмид Б., Иризарри Р., Амдам Г.В., Фейнберг А.П. (октябрь 2012 г.). «Обратимое переключение между эпигенетическими состояниями в поведенческих подкастах медоносных пчел» . Природная неврология . 15 (10): 1371–3. дои : 10.1038/nn.3218 . ПМЦ 3518384 . ПМИД 22983211 .
^ Локетт Г.А., Кучарски Р., Малешка Р. (март 2012 г.). «Изменения метилирования ДНК, вызванные социальными стимулами в мозгу рабочих медоносных пчел» . Гены, мозг и поведение . 11 (2): 235–42. дои : 10.1111/j.1601-183X.2011.00751.x . ПМИД 22098706 . S2CID 20046768 .
^ Кучарски Р., Малешка Дж., Форе С., Малешка Р. (март 2008 г.). «Пищевой контроль репродуктивного статуса медоносных пчел посредством метилирования ДНК». Наука . 319 (5871). Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: 1827–1830 гг. Бибкод : 2008Sci...319.1827K . дои : 10.1126/science.1153069 . ПМИД 18339900 . S2CID 955740 .
^ Бирганс С.Д., Джонс Дж.К., Трейбер Н., Галиция К.Г., Шишка П. (2012). «Метилирование ДНК обеспечивает дискриминационную силу ассоциативной долговременной памяти у медоносных пчел» . ПЛОС ОДИН . 7 (6): e39349. Бибкод : 2012PLoSO...739349B . дои : 10.1371/journal.pone.0039349 . ПМЦ 3377632 . ПМИД 22724000 .
^ Локетт Г.А., Хелливелл П., Малешка Р. (август 2010 г.). «Участие метилирования ДНК в обработке памяти у медоносной пчелы». НейроОтчет . 21 (12): 812–6. doi : 10.1097/WNR.0b013e32833ce5be . ПМИД 20571459 . S2CID 13281473 .
^ Кунерт Н., Мархольд Дж., Станке Дж., Стах Д., Лико Ф. (ноябрь 2003 г.). «Dnmt2-подобный белок опосредует метилирование ДНК у дрозофилы» . Разработка . 130 (21): 5083–90. дои : 10.1242/dev.00716 . ПМИД 12944428 . S2CID 32950308 .

[1] Капуано Ф., Мюлледер М., Кок Р., Блом Х.Дж., Ральсер М. (апрель 2014 г.). «Метилирование ДНК цитозина обнаружено у Drosophila melanogaster, но отсутствует у Saccharomyces cerevisiae, Schizosaccharomyces pombe и других видов дрожжей» . Аналитическая химия . 86 (8): 3697–3702. дои : 10.1021/ac500447w . ПМК 4006885 . ПМИД 24640988 .

[pmid17068262-2] Ван Ю, Джорда М., Джонс П.Л., Малешка Р., Линг Х, Робертсон Х.М., Миззен К.А., Пейнадо М.А., Робинсон Г.Е. (октябрь 2006 г.). «Функциональная система метилирования CpG у общественного насекомого». Наука . 314 (5799): 645–7. Бибкод : 2006Sci...314..645W . дои : 10.1126/science.1135213 . ПМИД 17068262 . S2CID 31709665 .

[pmid19138430-3] Мацуи Т., Ямамото Т., Уайдер С., Здобнов Э.М., Кадоваки Т. (январь 2009 г.). «Профили экспрессии генов урбилатерий, уникальные для медоносных пчел и позвоночных» . БМК Геномика . 10:17 . дои : 10.1186/1471-2164-10-17 . ПМЦ 2656531 . ПМИД 19138430 .

[Lyko_2010-4] Jump up to: ^а ^б Лико Ф., Форе С., Кучарски Р., Вольф С., Фалькенхайн С., Малешка Р. (ноябрь 2010 г.). «Эпигеномы медоносных пчел: дифференциальное метилирование ДНК мозга у маток и рабочих» . ПЛОС Биология . 8 (11): е1000506. дои : 10.1371/journal.pbio.1000506 . ПМЦ 2970541 . ПМИД 21072239 .

[5] Ли-Бьярли Х., Ли Ю., Страуд Х., Фенг С., Ньюман Т.С., Канеда М. и др. (июль 2013 г.). «Нокаут ДНК-метилтрансферазы 3 РНК-интерференцией влияет на альтернативный сплайсинг генов у медоносной пчелы» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 110 (31): 12750–12755. Бибкод : 2013PNAS..11012750L . дои : 10.1073/pnas.1310735110 . ПМК 3732956 . ПМИД 23852726 .

[Shi_2013-6] Ши Ю, Ян Вай, Хуан Цзы, Ван З.Л., Ву XB, Цзэн З.Дж. (февраль 2013 г.). «Полногеномный анализ показывает, что личинки матки имеют более низкий уровень метилирования у медоносной пчелы (Apis mellifera)». Die Naturwissenschaften . 100 (2): 193–7. Бибкод : 2013NW....100..193S . дои : 10.1007/s00114-012-1004-3 . ПМИД 23238637 . S2CID 15874241 .

[Shi_2011-7] Ши YY, Хуан ZY, Цзэн ZJ, Ван ZL, Ву XB, Ян WY (апрель 2011 г.). «Диета и размер клеток влияют на дифференциацию маток и рабочих посредством метилирования ДНК у медоносных пчел (Apis mellifera, Apidae)» . ПЛОС ОДИН . 6 (4): e18808. Бибкод : 2011PLoSO...618808S . дои : 10.1371/journal.pone.0018808 . ПМЦ 3082534 . ПМИД 21541319 .

[pmid22983211-8] Херб Б.Р., Вольшин Ф., Хансен К.Д., Ари М.Дж., Лэнгмид Б., Иризарри Р., Амдам Г.В., Фейнберг А.П. (октябрь 2012 г.). «Обратимое переключение между эпигенетическими состояниями в поведенческих подкастах медоносных пчел» . Природная неврология . 15 (10): 1371–3. дои : 10.1038/nn.3218 . ПМЦ 3518384 . ПМИД 22983211 .

[pmid22098706-9] Локетт Г.А., Кучарски Р., Малешка Р. (март 2012 г.). «Изменения метилирования ДНК, вызванные социальными стимулами в мозгу рабочих медоносных пчел» . Гены, мозг и поведение . 11 (2): 235–42. дои : 10.1111/j.1601-183X.2011.00751.x . ПМИД 22098706 . S2CID 20046768 .

[pmid18339900-10] Кучарски Р., Малешка Дж., Форе С., Малешка Р. (март 2008 г.). «Пищевой контроль репродуктивного статуса медоносных пчел посредством метилирования ДНК». Наука . 319 (5871). Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: 1827–1830 гг. Бибкод : 2008Sci...319.1827K . дои : 10.1126/science.1153069 . ПМИД 18339900 . S2CID 955740 .

[pmid22724000-11] Бирганс С.Д., Джонс Дж.К., Трейбер Н., Галиция К.Г., Шишка П. (2012). «Метилирование ДНК обеспечивает дискриминационную силу ассоциативной долговременной памяти у медоносных пчел» . ПЛОС ОДИН . 7 (6): e39349. Бибкод : 2012PLoSO...739349B . дои : 10.1371/journal.pone.0039349 . ПМЦ 3377632 . ПМИД 22724000 .

[pmid20571459-12] Локетт Г.А., Хелливелл П., Малешка Р. (август 2010 г.). «Участие метилирования ДНК в обработке памяти у медоносной пчелы». НейроОтчет . 21 (12): 812–6. doi : 10.1097/WNR.0b013e32833ce5be . ПМИД 20571459 . S2CID 13281473 .

[pmid12944428-13] Кунерт Н., Мархольд Дж., Станке Дж., Стах Д., Лико Ф. (ноябрь 2003 г.). «Dnmt2-подобный белок опосредует метилирование ДНК у дрозофилы» . Разработка . 130 (21): 5083–90. дои : 10.1242/dev.00716 . ПМИД 12944428 . S2CID 32950308 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]