Якщо спадковість неоптимальна редагування транскриптому геному мозку Болдирєв

Якщо спадковість неоптимальна: редагування транскриптому, геному, мозку Болдирєв Олексій Інститут фізіології ім. О. О. Богомольця Міжнародний центр молекулярної фізіології НАН України evolution@science. ua my. science. ua

Гени й ознаки

Один ген – один фермент Люсьєн Кено, миші (1903) Бідл і Тейтум, нейроспора (1941)

• Від 27, 462 до 153, 478 генів у людини (CSH 2001) • 22, 333 – можливо. Але ніхто не знає точно (біоінформатик Steven Salzberg, октябрь 2010) 55 000 – 2 000 білків

Терміновий апдейт! Multiple evidence strands suggest that there may be as few as 19, 000 human protein-coding genes Iakes Ezkurdia, David Juan, Jose Manuel Rodriguez, Adam Frankish, Mark Diekhans, Jennifer Harrow, Jesus Vazquez, Alfonso Valencia, Michael L. Tress Hum. Mol. Genet. June 16, 2014 doi: 10. 1093/hmg/ddu 309

Як ДНК виробляє білки

Альтернативний сплайсинг • • 1977 – аденовіруси 1981 – кальцитонін 1981 – антитіла 2000 – "рекордсмен" сплайсингу - Dscam, до 38, 016 вариантів

Механізм сплайсингу

Редагування РНК – спрямована зміна окремих нуклеотидів у РНК після (чи під час) транскрипції 1986 Major transcript of the frameshifted cox. II gene from trypanosome mitochondria contains four nucleotides that are not encoded in the DNA Rob Benne, Janny Van Den Burg, Just P. J. Brakenhoff, Paul Sloof, Jacques H. Van Boom, Marijke C. Tromp

Типи редагування РНК Вставки нуклеотидів Заміна нуклеотидів А на І (дезамінування аденіну) Делеції нуклеотидів С на U (дезамінування цитозину) G на A, U на C та інш.

Механізм редагування РНК у кінетопластид

Едитосома у кінетопластид спряжена з трансляцією

А Physarum polycephalum вставляє цитидини. . .

Еволюція дезаміназ

Редагування т. РНК Основа в антикодоні Основа в м. РНК A U C G G C (або U) U A (або G) I A або C або U

Редагування С на U

Редагування С на U Blanc V , Davidson N O J. Biol. Chem. 2003; 278: 1395 -1398 C-to-U RNA editing of apolipoprotein B. The model for an ∼ 35 -nucleotide region of apo. B RNA flanking the edited base (asterisk) is shown. © 2003 by American Society for Biochemistry and Molecular Biology

Аденозиндезамінази евкаріот (ADAR)

Основні мішені ADAR

ADAR у різних тварин

Людина: Alu повтори 60 млн років тому з’явились у геномі приматів Близько 300 пар основ 10, 7% генома людини 70 -80% гомології – консервативність вища за інших ссавців

А на І C на U 1 заміна на транскрипт А на І 3 заміни на транскрипт C на U А на І 5 замін на транскрипт C на U

Людина особлива?

У Редактора РНК нема нічого святого! • Код ДНК не гарантує амінокислотної послідовністі білка: з’являються стоп-кодони, заміняються амінокислоти • Сплайсинг відбувається «як прийдеться» : нові сайти виникають, старі зникають • т. РНК, яка створює «не ті» білки • «Сміттєва ДНК» активно використовується для роботи еволюційно просунутих видів (людина й примати) і органів (тимус, мозок) И все це впорядковано працює в організмі, а порушення всіх цих процесів призводить до ВЕЛИКИХ неприємностей!!!!

РНКр при патології

Редагування ДНК • Гомологи AID наявні у всіх хребетних включно з рибами, а також у безщелепних • Ген APOBEC 1 – з дуплікації гену AID, є у всіх ссавців включно із сумчастими. • Локус APOBEC 3 з'явився лише у плацентарних; з двох копій у гризунів і парнокопитних утворився один ген, у непарнокопитних, хижих, кажанів і

Гени родини APOBEC у людини AID 12 p 13 APOBEC 1 12 p 13. 1 APOBEC 2 6 p 21 APOBEC 3 A 22 q 13. 1 APOBEC 3 B 22 q 13. 1 APOBEC 3 C 22 q 13. 1 APOBEC 3 DE 22 q 13. 1 APOBEC 3 F 22 q 13. 1 APOBEC 3 G 22 q 13. 1 APOBEC 3 H 22 q 13. 1 APOBEC 4 1 q 25. 3 5 B-лімфоцити, сім'яники Цитоплазматичний білок, працює у ядрі Дезамінування ДНК, гени імуноглобулінів Тонкий кишечник (у Цитоплазматичний Дезамінування м. РНК аполіпопротеїну 5 інших ссавців — білок, працює у ядрі B, дезамінування ДНК кишечник) Цитоплазматичний і Бере участь в ембріогенезі м'язів, 3 Скелетні м'язи, серце ядерний білок мішені невідомі Дезамінування ДНК Кератиноцити, Цитоплазматичний і 5 аденоасоційованих вірусів, клітини крові ядерний білок ретротранспозонів. Кишечник, матка, Переважно ядерний Дезамінування ДНК ретровірусів, 8 молочна залоза, білок вірусу гепатиту B кератиноцити та інші Цитоплазматичний і Дезамінування ДНК ретровірусів, 4 У багатьох тканинах ядерний білок вірусу гепатиту B, ретротранспозонів Щитоподібна залоза, 7 Невідомо Дезамінування ДНК ретровірусів селезінка, лейкоцити Цитоплазматичний Дезамінування ДНК ретровірусів, 8 У багатьох тканинах білок вірусу гепатиту B, ретротранспозонів У багатьох тканинах, Цитоплазматичний Дезамінування ДНК ретровірусів, 8 Т-лімфоцитах білок вірусу гепатиту B, ретротранспозонів Лейкоцити, тимус, 5 щитоподібна залоза, Невідомо Дезамінування ДНК ретровірусів плацента 2 Сім'яники Невідомо Невідомі

Іонні канали

Іонотропні рецептори

AMPA-глутаматний рецептор

Letters to Nature 406, 78 -81 (6 July 2000) | doi: 10. 1038/35017558; Received 10 March 2000; Accepted 22 May 2000 Point mutation in an AMPA receptor gene rescues lethality in mice deficient in the RNA-editing enzyme ADAR 2 Miyoko Higuchi 1, Stefan Maas 1, 2, 3, Frank N. Single 1, 2, Jochen Hartner 1, Andrei Rozov 4, Nail Burnashev 4, Dirk Feldmeyer 4, Rolf Sprengel 1 & Peter H. Seeburg 1

Калієвий канал Kv 1. 1 ізолейцин валін

Редагування РНК у нервовій системі Описані випадки редагування в екзонах, які змінюють функцію білка Glu. R 2 (Gria 2, AMPA 2) Q/R R/G Глутаматний AMPA-рецептор з іонним каналом мозок Glu. R 3 R/G Глутаматний AMPA-рецептор з іонним каналом мозок Glu. R 4 R/G Глутаматний AMPA-рецептор з іонним каналом мозок Q/R Глутаматний каїнатний рецептор з іонним каналом мозок Непроникність каналу для кальцію Q/R I/V Y/C Глутаматний каїнатний рецептор з іонним каналом мозок Зміна проникності для іонів I/V Потенціал-залежний калієвий канал мозок Уповільнена інактивація каналу Gabra 3 K/E Рецептор ГАМК з іонним каналом мозок, кишечник Зміна спорідненості до ГАМК 5 HT 2 c. R I/V, I/M, N/S, N/D Серотоніновий рецептор N/G I/V мозок Змінене зв'язування із серотоніном, змінений транспорт рецептора IGFBP 7 K/R R/G Glu. R 5 (Grik 1) Glu. R 6 (Grik 2) KCNA 1 Інсуліновий рецептор, регуляція росту мозок, глія й міграції клітин гліоми Непроникність каналу для кальцію Прискорене відновлення після десенсетизації змінює зв'язування з гепарином

Редагування РНК у нервовій системі KCNMA 1 S/G Кальційзалежний калієвий канал великої провідності KIF 20 B K/R Кінезиновий білок, транспорт по мікротрубках, цитокінез GANAB Q/R Глюкозидаза, відрізає N-зв'язані глікани від білків ? OS 9 E/G Глікопротеїн системи деградації, пов'язаної з ретикулумом ? STRN 4 (стріатин, зінедин) R/G ? всюди ? Білок цитоскелету, кальмодулін-зв'язуючий білок, передача сигналу в нейронах нейрони ? BIN 1 K/R (амфіфізин II) Пухлинний супресор, кардіоміопатія мозок ? SS 18 L 1 S/G Кальційзалежний активатор транскрипції, необхідний для нейрони кори нормального росту й галуження дендритів у нейронах кори головного мозку ? CADPS E/G Кальційзалежний активатор секреції й екзоцитозу щільних везикул ? ATXN 7 (атаксин 7) K/R Субодиниця ацетил-трансферази гістонів мозок ? Elavl 2 I/V Нейрон-специфічний РНК-зв'язуючий білок, N/D диференціація нейронів і синаптична пластичність нейрони ?

Кількість сайтів редагування в екзонах • 115 сайтів ADAR 53 сайти ADAR • 645 сайтів ADAR • у нервовій системі – 60% білків!

Головний Редактор РНК: Регулює сплайсинг білка Модифікує функцію білка Знищує непотрібну РНК Бореться з вірусами Тканиноспецифічно змінює експресію білка Керує РНК-інтерференцією Впливає на епігенетичну адаптацію й еволюцію

Дякую за увагу! СПОДІВАЮСЬ, УСІМ БУЛО ЦІКАВО!

Література Molecular diversity through RNA editing: a balancing act Sanaz Farajollahi and Stefan Maas Trends in Genetics Vol. 26 No. 5 (2010) RNA editing: a driving force for adaptive evolution? Willemijn M. Gommans, Sean P. Mullen, Stefan Maas Bioessays. 2009 October ; 31(10): 1137– 1145. Is abundant A-to-I RNA editing primate-specific? Eli Eisenberg, Sergey Nemzer, Yaron Kinar, Rotem Sorek, Gideon Rechavi and Erez Y. Levanon TRENDS in Genetics Vol. 21 No. 2 (2005) БІЛЬШЕ ПОСИЛАНЬ: http: //uk. wikipedia. org/wiki/Редагування_РНК

МОЯ НАУКА