Informacije

Може ли се исти циљни ген различито регулисати истим транскрипционим фактором под различитим условима?

Може ли се исти циљни ген различито регулисати истим транскрипционим фактором под различитим условима?


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.

Veoma sam nov u biologiji i radim više kompjuterskih analiza. Zbunjen sam tipom interakcije između faktora transkripcije (TF) i ciljnih gena.

Da li je moguće da isti faktor transkripcije različito reaguje sa istim ciljnim genom pod različitim uslovima?

на пример.,TF1up-regulišeGene1подуслов 1докTF1доле регулише исти генGene1подuslov 2Да ли се горњи пример дешава у биолошким системима?

Mogu samo da se setim različitih TF kompleksa koji regulišu genGene1под различитим условима са различитим ефектом. Međutim, bilo bi sjajno znati da li, u slučajuTF1не учествује ни у једном комплексу ТФ за регулисањеGene1pod određenim uslovima onda je moguće da „TF1” regulišeГене1drugačije pod različitim uslovima?


Kratak odgovor - da, ali verovatno retko.

Фактори транскрипције нису нужно ограничени само на то да буду репресори или активатори. U praksi oni uglavnom rade jedno mnogo više od drugog – npr. ako imaju 'aktivacioni' domen onda će se uglavnom aktivirati, ali i dalje mogu učiniti suprotno, direktno ili indirektno.

Jedan TF će često regulisati различит gena u različitim pravcima. To može biti zbog indirektnih efekata - naš aktivator aktivira represor koji zatim isključuje gen. Međutim, to se može desiti i direktnim putem - na primer, faktor može da veže potiskivanje ili aktiviranje domena na različitim lokacijama, ili da izmesti različite faktore.

Većina ove varijacije je verovatno specifična za ciljni gen, tako da su faktori verovatno specifičniji u svom uticaju na dati gen. Међутим, пошто деловање наших фактора зависи од других гена, а различити гени ће бити активни у различитим условима, нема разлога да фактор не може да ради различите ствари под различитим условима док је на истој локацији - можда један услов активира репресор који се веже са то, или јачи активатор са којим се такмичи.

То је питање текућих истраживања, али очекивао бих да ће овакве ствари прије бити изузетак него правило. Uopšteno govoreći, kompleksne interakcije između TF-ova na datoj lokaciji izgledaju ređe od više ili manje aditivnih efekata.


Фактори транскрипције НФ-кБ

Rel ili NF-kappaB (NF-kB) proteini čine porodicu strukturno povezanih eukariotskih transkripcionih faktora koji su uključeni u kontrolu velikog broja normalnih ćelijskih i procesa u organizmu, kao što su imuni i upalni odgovori, razvojni procesi, ćelijski rast , и апоптоза. Осим тога, ови транскрипциони фактори су упорно активни у бројним болестима, укључујући рак, артритис, хроничну упалу, астму, неуродегенеративна обољења и болести срца (види везу БОЛЕСТИ).

Фактори транскрипције Рел/НФ-кБ укључују скуп протеина, са функцијама очуваним из воћне мушице Дросопхила меланогастер u skorije vreme kod ljudi, Rel/NF-kB homolozi su takođe pronađeni čak i kod jednostavnih organizama kao što su Cnidarians (npr. morske anemone i korali), Porifera (sunđevi) i jednoćelijski eukarioti Capsaspora owczarzaki, Među uobičajeno proučavanim modelnim organizmima, ovi faktori transkripcije su značajno odsutni u kvascu i nematodi Caenorhabditis elegans (koji je očigledno izgubio put tokom evolucije) delimično, odsustvo NF-kB puta u kvascu može biti zato što je jedna od primarnih uloga ovih faktora kontrola raznih fizioloških aspekata imunoloških i inflamatornih odgovora.

Rel/NF-kB proteini su povezani preko visoko očuvanog DNK-vezujućeg/dimerizacionog domena koji se zove Rel homološki (RH) domen. Međutim, Rel/NF-kB proteini se mogu podeliti u dve klase na osnovu sekvenci C-terminalnih do RH domena (Slika 1). Članovi jedne klase (proteini NF-kB p105, p100 i Drosophila Relish) imaju dugačke C-terminalne domene koji sadrže više kopija ankirinskih ponavljanja, koji deluju tako da inhibiraju ove molekule. Članovi NF-kB klase postaju aktivni, kraći DNK-vezujući proteini (p105 do p50, p100 do p52) bilo ograničenom proteolizom ili zaustavljenom translacijom. Kao takvi, članovi ove prve klase generalno nisu aktivatori transkripcije, osim kada formiraju dimere sa članovima druge klase faktora transkripcije Rel/NF-kB. Druga klasa (proteini Rel) uključuje c-Rel (i njegov retrovirusni homolog v-Rel), RelB, RelA (p65) i Drosophila Dorzalni i Dif proteini. Ова друга класа протеина Рел садржи домене активације транскрипције Ц-терминала, који се често не конзервирају на нивоу секвенце међу врстама, иако могу активирати транскрипцију у различитим врстама. ЦДНК и предвиђене протеинске секвенце транскрипционих фактора Рел/НФ-кБ могу се брзо приступити преко ове локације (погледајте везу СЕКВЕНЦИЈЕ).

Рел/НФ-кБ транскрипциони фактори везују се за 9-10 места парова база ДНК (тзв. КБ места) као димери. Svi Rel proteini kičmenjaka mogu formirati homodimere ili heterodimere, osim RelB, koji može formirati samo heterodimere. Ova kombinatorna raznolikost doprinosi regulaciji različitih, ali preklapajućih, skupova gena, u tome što pojedinačni dimeri imaju različite specifičnosti mesta vezivanja DNK za kolekciju srodnih kB mesta. Termin NF-kappaB se obično odnosi na heterodimer p50-RelA, koji je jedan od najzahtevnijih dimera koji formiraju i glavni je Rel/NF-kB kompleks u većini ćelija. Rendgenske kristalografske strukture nekoliko Rel/NF-kB dimera na DNK (uključujući p50-p50, p65-p65, p50-p65, c-Rel-c-Rel, p50-p65-IkB) su sada rešene i ovim strukturama se može pristupiti sa ovog sajta (pogledajte link STRUKTURE)

Aktivnost NF-kB je prvenstveno regulisana interakcijom sa inhibitornim IkB proteinima. Kao i kod Rel/NF-kB proteina, postoji nekoliko IkB proteina, koji imaju različite afinitete za pojedinačne Rel/NF-kB komplekse, regulisani su malo drugačije i eksprimirani su na tkivno specifičan način. ИкБ протеини укључују најмање п105, п100, ИкБа, ИкБб, ИкБг, ИкБе, ИкБз, Бцл-3 и Drosophila Kaktus protein. cDNK i predviđene sekvence proteina ovih IkB se mogu dobiti preko ovog mesta (pogledajte vezu SEQUENCES).

Najbolje proučavana interakcija NF-kB-IkB je interakcija IkBa sa NF-kB p50-RelA dimerom. Ova interakcija blokira sposobnost NF-kB da se veže za DNK i dovodi do toga da je kompleks NF-kB prvenstveno u citoplazmi zbog snažnog nuklearnog izvoznog signala u IkBa. To jest, NF-kB-IkBa kompleks se neprekidno kreće između jezgra i citoplazme, ali njegova stopa nuklearnog izvoza premašuje stopu uvoza i stoga je kompleks generalno citoplazmatski. Iz biohemijskih studija i direktnih strukturnih determinacija (pogledajte veze na ovoj stranici), jasno je da IkBa ostvaruje višestruke kontakte sa NF-kB. Ove interakcije pokrivaju sekvence NF-kB koje su važne za vezivanje DNK. Nasuprot tome, kada IkBb stupi u interakciju sa NF-kB kompleksom, kompleks se zadržava u citoplazmi (tj. ne podleže nukleo-citoplazmatskom šatlingu). Dakle, nisu sve interakcije NF-kB-IkB iste.

U većini ćelija, NF-kB je prisutan kao latentni, neaktivni, IkB-vezani kompleks u citoplazmi. Kada ćelija primi bilo koji od mnoštva ekstracelularnih signala (pogledajte vezu INDUCERS), NF-kB brzo ulazi u jezgro i aktivira ekspresiju gena (pogledajte vezu CILJNI GENI). Stoga je ključni korak za kontrolu aktivnosti NF-kB regulacija interakcije IkB-NF-kB. Многи молекуларни детаљи ове контроле су сада схваћени (слика 2). Skoro svi signali koji dovode do aktivacije NF-kB konvergiraju sa aktivacijom kompleksa visoke molekulske težine koji sadrži serin-specifičnu IkB kinazu (IKK). ИКК је необична киназа по томе што у већини ћелија ИКК садржи (најмање) три различите подјединице: ИККалпха, ИККбета и ИККгамма. IKKa i IKKb su srodne podjedinice katalitičke kinaze, a IKKg (aka NEMO) je regulatorna podjedinica koja služi kao sensing skele i integrator uzvodnih signala za aktivaciju katalitičkih podjedinica. Na klasičnom ili kanonskom putu, aktivacija IKK kompleksa dovodi do fosforilacije pomoću IKKb dva specifična serina u blizini N kraja IkBa, koji cilja na IkBa za ubikvitinaciju (generalno pomoću kompleksa koji se zove beta-TrCP) i degradaciju od strane 26S proteazoma. U nekanonskom (ili alternativnom) putu, p100-RelB kompleks se aktivira fosforilacijom C-terminalnog regiona p100 pomoću IKKa homodimera (nedostaje IKKgamma), što dovodi do ubikvitinacije praćene degradacijom p100 IkB sličnog C-terminalne sekvence za generisanje p52-RelB. U bilo kom putu, demaskirani kompleks NF-kB tada može ući u jezgro da bi aktivirao ekspresiju ciljnog gena. U klasičnom putu, jedan od ciljnih gena koji aktivira NF-kB je onaj koji kodira IkBa. Novosintetizovani IkBa može da uđe u jezgro, da ukloni NF-kB iz DNK i da izveze kompleks nazad u citoplazmu da bi se obnovilo prvobitno latentno stanje. Dakle, aktivacija NF-kB puta je generalno prolazan proces, koji u većini ćelija traje od 30-60 minuta.

Različiti nedavni dokazi, međutim, ukazuju na to da je kontrola NF-kB puta složenija od jednostavne IKK posredovane regulacije interakcije IkB-NF-kB. Na primer, RelA i p50 se regulišu ubikvitinacijom, acetilacijom, metilacijom, fosforilacijom, oksidacijom/redukcijom i prolil izomerizacijom. Štaviše, kao posledica indukcije aktivnosti NF-kB (barem faktorom tumorske nekroze), IKKa je takođe indukovana da uđe u jezgro gde se povezuje sa promotorima/pojačivačima kB mesta za fosforilaciju histona H3 koji pojačava transkripciju kB mesta- zavisni geni. Konačno, proteini u NF-kB signalnom putu učestvuju u brojnim interakcijama protein-protein sa ne-NF-kB proteinima (pogledajte vezu PROTEIN-PROTEIN INTERAKCIJE).

U nekim normalnim ćelijama, kao što su B ćelije, neke T ćelije, Sertolijeve ćelije i neki neuroni, NF-kB je konstitutivno lociran u jezgru. Осим тога, у многим ћелијама рака (укључујући рак дојке, рак дебелог црева, рак простате, лимфоидне карциноме, а вероватно и многе друге виде везу БОЛЕСТИ) НФ-кБ је конститутивно активан и налази се у језгру. Код неких карцинома то је због хроничне стимулације ИКК пута, док у другим случајевима (као што су неке Ходгкинове и дифузне ћелије великих Б-ћелијских лимфома) ген који кодира ИкБ може бити мутиран и неисправан. Штавише, неколико ћелија лимфоидног карцинома човека има мутације или амплификације гена који кодирају Рел/НФ-кБ транскрипционе факторе (есп РЕЛ у хуманом Б-ћелијском лимфому), а многи вишеструки мијеломи имају мутације у генима који кодирају сигналне регулаторне протеине НФ-кБ који доводе до конститутивних aktiviranje NF-kB. Smatra se da kontinuirana nuklearna aktivnost Rel/NF-kB štiti ćelije raka od apoptoze iu nekim slučajevima stimuliše njihov rast. Stoga, mnoge trenutne antitumorske terapije nastoje da blokiraju aktivnost NF-kB kao sredstvo za inhibiciju rasta tumora ili senzibilizaciju tumorskih ćelija na konvencionalnije terapije, kao što je hemoterapija.

Porodica Rel/NF-kB je verovatno najproučavanija kolekcija eukariotskih transkripcionih faktora. Za zbirku recenzija o ovim faktorima transkripcije, čitalac se upućuje na izdanja od 22. novembra 1999. i 30. oktobra 2006. Onkogen, koji sadrže niz recenzija o Rel/NF-kB.

Naše opsežno znanje o Rel/NF-kB signalizaciji otkriva i domete našeg neznanja. Još uvek imamo vrlo malo razumevanja kompleksne in vivo dinamike ovog puta. На пример, у већини типова ћелија и сигналним условима још увек није познато колики је допринос специфичних Рел/НФ-кБ комплекса (п50-РелА наспрам п52-ц-Рел наспрам ц-Рел-ц-Рел) на većina fizioloških odgovora. Studije prekomerne ekspresije u kulturi tkiva gotovo sigurno ne odražavaju tačno fiziološke signalne događaje. Slično, nije poznato šta kontroliše ravnotežu između nivoa različitih heterodimernih kompleksa in vivo. Studije u Drosophila su elegantno pokazali da vrlo male razlike u nuklearnim koncentracijama ovih faktora, u njihovim afinitetima za ciljna DNK mesta, i u saradnji ili nadmetanju između Rel proteina i drugih faktora transkripcije mogu imati duboke fiziološke posledice u organizmima. Najzad, u mnogim situacijama nije poznato kako ili koji od mnogih gena indukovanih Rel/NF-kB faktorima u datom odgovoru doprinose tom odgovoru. Развој метода за анализу промена у експресији гена у целом геному (нпр. ЦДНА микрочипови), који је већ почео да открива додатне гене који реагују на Рел/НФ-кБ, помогао је да се разјасни који су циљни гени Рел/НФ-кБ активирани u datom odgovoru.

Kao što je gore opisano, poznate su strukture nekoliko Rel/NF-kB dimera na DNK ili vezanih za IkB. U svim slučajevima, ove strukture su izvedene iz molekula koji sadrže skoro isključivo ostatke iz RH domena. Kao takve, ove studije pružaju prilično statične poglede na ove faktore na delu. Nekoliko molekularnih i biohemijskih studija ukazuje da Rel dimeri poprimaju različite konformacije kada su vezani za DNK u odnosu na slobodni ili IkB-vezani dimeri ili kada su vezani za različita kB mesta. Štaviše, takve studije su takođe pokazale da C-terminalni ostaci utiču na sekvence unutar RH domena. Štaviše, postoji iznenađujuće malo informacija o tome kako bilo koji od kompleksa Rel/NF-kB zapravo aktivira transkripciju kada je vezan za DNK: to jest, koji su ko-aktivatori ili bazalni faktori sa kojima oni stupaju u interakciju da bi aktivirali transkripciju? Стога не можемо прецизно симулирати динамичку природу комплекса који се ослобађа из ИкБ, улази у језгро, веже се за ДНК и појачава експресију гена, међутим, математичко и рачунарско моделирање пута НФ-кБ почиње да се бави динамиком puta kao odgovor na različite signale. Pored toga, nedavne studije sugerišu da se NF-kB kompleksi vezuju za specifične promotere na dinamički on-off način, sa zauzetošću specifične sekvence promotera pojedinačnim NF-kB dimerom u trajanju od nekoliko sekundi.

Iako je otkriće i karakterizacija kompleksa IkB kinaze bio monumentalan korak u našem razumevanju regulacije ovog puta, pokrenulo je skoro onoliko pitanja koliko je dalo odgovor. На пример, следећа питања остају мутна: 1) који протеини се налазе у ИКК комплексу у свим типовима ћелија 2) тачна величина комплекса у свим типовима ћелија 3) која је физиолошка важност фосфорилације помоћу ИКК комплекса супстрата osim IkB 4) kako se različiti putevi aktivacije NF-kB i ne-NF-kB konvergiraju na IKK (na primer, šta i koliko kinaza uzvodno može da aktivira IKK) 5) kako se IKK aktivira onim što izgleda da je indukovano grupisanje 6 ) kako to da jedna podjedinica ovog kompleksa (IKKa) kontroliše specifičan razvojni proces, naime diferencijaciju keratinocita 7) svi ostali signalni putevi koji se preslušaju preko ili do IKK 8) kako dve katalitičke kinaze unutar IKK kompleksa deluju na протеини супстрата и 9) како реактивне врсте кисеоника и реактивни остаци цистеина утичу на активност ИКК. Nedavne informacije o strukturi rendgenskog kristala o IKK proteinu i komponentama IKK kompleksa mogu pomoći u odgovoru na neka od ovih pitanja.

Студија в-Рел недвосмислено је показала да транскрипцијски фактори Рел/НФ-кБ могу бити онкогени, те би се жељело знати како су активирајуће мутације у в-Рел-у промијениле његову структуру у односу на ц-Рел. Međutim, v-Rel je akumulirao toliko aktivirajućih mutacija da možda nije precizan model za ulogu ovih transkripcionih faktora u kancerima kod ljudi, gde se dogodila jedna mutacija (ili događaj amplifikacije gena). Stoga, u nekim slučajevima, nije poznato da li su prestrojavanja, mutacije i amplifikacije u genima Rel/NF-kB/IkB koji su više puta identifikovani u nekoliko humanih karcinoma i konstitutivna NF-kB signalizacija viđena kod određenih karcinoma kod ljudi ili indukovana онкогеним људским вирусима (нпр. ЕБВ и ХТЛВ-1) доприносе пролиферацији, укидају супресију раста, утичу на контролу апоптозе или утичу на све ове процесе.

Ekstenzivna uključenost Rel/NF-kB transkripcionih faktora u ljudske upale i bolesti postavlja ih kao mete za terapiju. Zaista, mnogi uobičajeni sintetički (npr. aspirin) i tradicionalni (npr. zeleni čaj, kurkumin) lekovi ciljaju, barem delimično, signalni put Rel/NF-kB. Међутим, постоји преко 800 једињења за која је показано да инхибирају сигнализацију НФ-кБ (погледајте ИНХИБИТОРЕ на овој локацији), па је физиолошка или фармаколошка корисност употребе било ког једињења за инхибицију активности НФ-кБ помало збркана. Ипак, наше знање о молекуларним детаљима овог пута омогућава развој специфичнијих и снажнијих инхибитора сигнализације НФ-кБ, и заиста, неки инхибитори сигнализације НФ-кБ улазе у клиничка испитивања.

Među brojnim publikacijama na ovu temu, postoje nedoslednosti u imenovanju gena i proteina na putu Rel/NF-kB. Iako je sistem nomenklature za faktore transkripcije Rel/NF-kB i IkB proteine ​​prethodno uspostavljen (Nabel i Verma, 1993), mi koristimo i predlažemo blago modifikovanu nomenklaturu (Tabela 1). Revidirana nomenklatura odražava nove članove ovog puta, uobičajenu upotrebu u proteklih nekoliko godina, a ponekad i moj sopstveni sud. U većini slučajeva, izbor je bio prilično jednostavan, iako odluka p65 protiv RelA i dalje ostaje mučna.

Истраживање у лабораторији Гилморе подржали су Национални институт за рак Националних института за здравље, Национална научна фондација, Америчко друштво за борбу против рака, Фондација Цуре фор Лимпхома, Фондација за истраживање леукемије, Савет за истраживање дувана и Универзитет у Бостону . Za više informacija o Gilmore laboratoriji idite na vezu za THE LAB.

Beyaert R (urednik) (2004). Nuklearni faktor-kappaB: Regulacija i uloga u bolesti. Kluwer Academic Publishes, Dordrecht, Holandija. 426 strana

Gilmore TD (urednik) (2006). NF-kB: od osnovnih istraživanja do bolesti ljudi. Онкоген (Recenzije) 51: 6679-6899

Nabel GJ i Verma IM. (1993). Genes & Development 7: 2063

Perkins ND (2007) Integrisanje puteva ćelijske signalizacije sa NF-kB i IKK funkcijom. Nature Reviews Molecular Cell Biology 8: 40-62

Слика 1 Структуре транскрипционих фактора породице Рел. Prikazane su generalizovane strukture dve klase faktora transkripcije Rel. Сви имају очуван домен везивања/димеризације ДНК који се назива Рел хомолог (РХ) домен, који такође има секвенце важне за нуклеарну локализацију (Н) и везивање инхибитора ИкБ. Протеини класе И имају додатне уметнуте секвенце у РХ домену. Половине Ц-терминала протеина класе И Рел имају инхибиторне домене који садрже анкирин који понављају, а који се могу уклонити протеозом посредованом протеасомима (ПРОТЕАСЕ). Половине Ц-терминала протеина класе ИИ Рел имају домене транскрипционе активације.

Слика 2 Пренос Рел/НФ-кБ сигнала. U klasičnom putu, različiti signali konvergiraju na aktivaciju kompleksa IkB kinaze (IKK). IKK zatim fosforiliše IkB na 2 N-terminalna serina, što ga signalizira za ubikvitinaciju i proteolizu. Oslobođeni NF-kB (p50-RelA, u ovom slučaju) ulazi u jezgro i aktivira ekspresiju gena. Jedan ciljni gen NF-kB kodira IkB. Novosintetizovani IkB može ući u jezgro, povući NF-kB sa DNK i izvesti NF-kB nazad u stanje mirovanja u citoplazmi. Дебеле линије означавају пут активирања Танке линије означавају пут деактивирања.


Позадина

Будући да је пре више од пола века сугерисано да промене у транскрипционој регулацији леже у основи фенотипских разлика међу врстама [1, 2], постало је јасно да су промене у експресији гена наследне и да често играју улогу у еволуцији фенотипова [3, 4 ]. Промене у некодирајућим регулаторним елементима-укључујући промотере и појачиваче-посебно су важне у покретању еволуције експресије гена [5, 6]. Dva primarna mehanizma su odgovorna za evoluciju ekspresije gena: цис ефекти и транс efekti. Cis ефекти су последица генетских варијанти које се налазе на истом молекулу ДНК као и циљног гена, на пример, генетске варијанте смештене у промоторима гена или појачивачима који утичу на места везивања транскрипционог фактора (ТФ). Насупрот томе, транс ефекте покрећу дифузибилни елементи (као што су ТФ) и стога се могу појавити било где у геному. Сваки дати ген може бити подложан цис ефекти, транс ефекте, или оба [7]. Карактеризација механизама одговорних за еволутивне промене у нивоима експресије гена остаје централни циљ еволуционе биологије.

Велики рад је проценио допринос цис и транс ефекти на еволуцију експресије гена. Један од најчешћих приступа био је извођење секвенцирања РНА специфичног за алеле два родитељска соја и њиховог одговарајућег Ф1 хибридног потомства, што може одвојити пропорцију варијације експресије која се може приписати варијантама у цис (који показују ефекте специфичне за алеле у хибриду) од варијације експресије која се може приписати варијантама у транс (који утичу на оба хибридна алела) [8]. Ове студије су процениле варијације у експресији гена унутар и међу врстама у различитим таксонама, укључујући квасац [9, 10], инсекте [11, 12], биљке [13] и мишеве [14]. Takve hibridne metode su čak korišćene za procenu divergencije ekspresije gena između ljudi i miševa [15], iako je takav pristup kod udaljenih vrsta ograničen na ispitivanje jednog veštački umetnutog hromozoma. Генерално, ове хибридне студије су показале да доминира цис efekti između vrsta [8, 9, 11, 13, 15], sa транс ефекти који играју већу улогу унутар врста [10, 11, 16, 17]. Штавише, цис и транс Утврђено је да се ефекти често јављају истовремено и утичу на експресију циљног гена у супротним смеровима [14, 16,17,18]. Ова такозвана компензација између цис и транс Сматра се да су ефекти резултат стабилизације селекције на експресију гена током еволуционог времена [14, 16, 17]. Главно ограничење ових студија је, међутим, то што они могу доделити цис и транс ефекти на циљне гене, они не могу раздвојити ефекте на појединачне регулаторне елементе. Студије о еволуцији регулаторних елемената откриле су да број регулаторних елемената - посебно појачивача - који циљају на ген утиче на темпо и начин еволуције експресије гена [5, 6]. Međutim, do danas su samo male studije ispitivale kako цис и транс ефекти изазивају разлике у активностима регулаторних елемената међу врстама [19, 20].

Razvoj masivnih paralelnih reporterskih testova (MPRA) je revolucionisao našu sposobnost da seciramo kod regulatornog elementa [21, 22]. Заиста, МПРА су коришћени за мерење активности регулаторних елемената хиљада секвенци у ткивима [23], врстама [20] и алелним варијантама [23,24,25]. У овом раду користимо МПРА за квантитативно истраживање цис и транс efekti na transkripcioni izlaz preko hiljada pojedinačnih regulatornih elemenata uključujući transkribovane pojačivače, promotere gena koji kodiraju proteine ​​i promotere dugih nekodirajućih RNK ​​(lncRNA) gena. Izvodimo MPRA u sličnim ćelijskim sredinama od dve vrste sisara — embrionalnih matičnih ćelija (ESC) od čoveka i miša — da bismo izvršili sistematsku analizu цис и транс efekte na proizvodnju RNK na hiljade pojedinačnih regulatornih elemenata istovremeno.


Abe H, Urao T, Ito T, Seki M, Shinozaki K, Yamaguchi-Shinozaki K (2003) Arabidopsis AtMYC2 (bHLH) i AtMYB2 (MYB) funkcionišu kao aktivatori transkripcije u signalizaciji apscizične kiseline. Plant Cell 15:63–78

Agarwal M et al (2006) MYB transkripcioni faktor tipa R2R3 je uključen u regulaciju hladnoće CBF gena i u stečenu toleranciju na smrzavanje. Ј Биол Цхем 281: 37636–37645

Akagi T, Ikegami A, Yonemori K (2010) DkMyb2 faktor transkripcije persimmon izazvan ranom (Диоспирос каки Тхунб.), Доприноси регулацији проантоцијанидина. Planta 232:1045–1059

Бауманн К, Родригуез МП, Брадлеи Д, Венаил Ј, Баилеи П, Јин Х, Коес Р, Робертс К, Мартин Ц (2007) Контрола морфогенезе ћелија и латица транскрипционим факторима Р2Р3 МИБ. Развој 134: 1691–1701

Борг М, Бровнфиелд Л, Кхатаб Х, Сидорова, Лингаиа М, Твелл Д (2011) Фактор транскрипције Р2Р3 МИБ ДУО1 активира мушки зародни регулатор специфичан регулатор који је неопходан за диференцијацију сперматозоида у Arabidopsis. Plant Cell 23: 2534–2549. doi:10.1105/tpc.110.081059

Bray EA (1997) Reakcije biljaka na deficit vode. Трендс Плант Сци 2: 48–54

Бровнфиелд Л ет ал (2009) Интегратор специфичан за сперматозоиде и прогресију ћелијског циклуса специфичан за биљну заметну линију. ПЛоС Генет 5: е1000430

Century K, Reuber TL, Ratcliffe OJ (2008) Regulisanje regulatora: budući izgledi za poljoprivredne biotehnološke proizvode zasnovane na faktoru transkripcije. Plant Physiol 147:20-29

Chen S, Peng S, Huang G, Wu K, Fu X, Chen Z (2003) Povezanost smanjene ekspresije faktora transkripcije Myb sa sindromom TPD (suvoća tapkanja) u Hevea brasiliensis. Биљка Мол Биол 51: 51–58

Chen B-J, Wang Y, Hu YL, Wu Q, Lin ZP (2005a) Kloniranje i karakterizacija MYB gena izazvanog sušom iz Boea crassifolia. Плант Сци 168: 493–500

Chen R, Ni Z, Nie X, Qin Y, Dong G, Sun Q (2005b) Izolacija i karakterizacija gena koji kodiraju Myb transkripcioni faktor u pšenici (Тритицум аестивум Л.). Плант Сци 169: 1146–1154

Cheng H et al (2009) Giberelin deluje preko jasmonata kako bi kontrolisao ekspresiju MYB21, MYB24 i MYB57 kako bi podstakao rast filamenta stamena u Arabidopsis. PLoS Genet 5:e1000440

Цхеонг ИХ, Цханг ХС, Гупта Р, Ванг Кс, Зху Т, Луан С (2002) Транскрипционо профилисање открива нове интеракције између рањавања, патогена, абиотичког стреса и хормонских одговора у Arabidopsis. Плант Пхисиол 129: 661–677

Цхуан ИХ, Јохние Н, Јенкинс А, Сукумар СХ, Дин ПМ (2005) Транскрипциона регулација гена протеина за пренос липида ЛТП3 u pamučnim vlaknima pomoću novog MYB proteina. Плант Сци 168: 167–181

Цоминелли Е ет ал (2005) МИБ транскрипцијски фактор специфичан за ћелије чувар регулише покрете стомата и толеранцију биљака на сушу. Curr Biol 15:1196–1200

Цоне КЦ, Бурр ФА, Бурр Б (1986) Молекуларна анализа регулаторног локуса антоцијанина кукуруза Ц1. Proc Natl Acad Sci U S A 83:9631–9635

Цоне КЦ, Цоцциолоне СМ, Бурр ФА, Бурр Б (1993) Регулаторни ген антоцијанина кукуруза пл је дупликат ц1 који функционише у биљци. Plant Cell 5: 1795–1805

Dai X, Xu Y, Ma Q, Xu W, Wang T, Xue Y, Chong K (2007) Prekomerna ekspresija R1R2R3 MYB gena OsMYB3R-2, povećava toleranciju na smrzavanje, sušu, stres soli kod transgenih Arabidopsis. Plant Physiol 143:739–1751

Даи Кс, Ванг И, Ианг А, Зханг ВХ (2012) ОсМИБ2П-1, фактор транскрипције Р2Р3 МИБ, укључен је у регулацију одговора гладовања фосфата и архитектуре корена у пиринчу. Плант Пхисиол 159: 169–183

Де Вос М ет ал (2006) Тхе Арабидопсис тхалиана transkripcioni faktor AtMYB102 funkcioniše u odbrani od insekata biljojeda Pieris rapae. Ponašanje signala biljke 1:305–311

Денекамп М, Смеекенс СЦ (2003) Интеграција сигнала рањавања и осмотског стреса одређује експресију гена за фактор транскрипције АтМИБ102. Плант Пхисиол 132: 1415–1423

Деваиах БН, Мадхувантхи Р, Атхиккаттуваласу Р, Картхикеиан С, Рагхотхама КГ (2009) Одговори гладовања фосфатом и биосинтеза гибереличне киселине регулисани су транскрипционим фактором МИБ62 у Arabidopsis. Мол Плант 2: 43–58

Ду Х, Зханг Л, Лиу Л, Танг КСФ, Ианг ВЈ, Ву ИМ, Хуанг ИБ, Танг ИКС (2009) Биохемијска и молекуларна карактеризација породице МИБ фактора транскрипције биљака. Biohemija 74:1–11

Ду Х, Фенг БР, Ианг СС, Хуанг ИБ, Танг ИКС (2012а) Породица гена транскрипционог фактора Р2Р3-МИБ у кукурузу. ПЛоС Оне 7 (6): е37463. дои: 10.1371/јоурнал.поне.0037463

Ду Х, Ианг СС, Лианг З, Фенг БР, Лиу Л, Хуанг ИБ, Танг ИКС (2012б) Анализа генома за целу породицу транскрипције фактора МИБ у соји. BMC Plant Biol 12:106

Дубос Ц, Гоурриерец ЈЛ, Баудри А, Хуеп Г, Ланет Е, Дебеаујон И, Роутабоул ЈМ, Албореси А, Веиссхаар Б, Лепиниец Л (2008) МИБЛ2 је нови регулатор биосинтезе флавоноида у Арабидопсис тхалиана. Биљка Ј 55: 940–953

Дубос Ц, Страцке Р, Гротеволд Е, Веиссхаар Б, Мартин Ц, Лепиниец Л (2010) МИБ транскрипцијски фактори у Arabidopsis. Трендс Плант Сци 15: 573–581

El-kereamy A, Bi Y-M, Ranathunge K, Beatty PH, Good AG et al (2012) Transkripcioni faktor pirinča R2R3-MYB OsMYB55 je uključen u toleranciju na visoke temperature i modulira metabolizam aminokiselina. ПЛоС Оне 7 (12): е52030. doi:10.1371/journal.pone.0052030

Feldbrugge M, Sprenger M, Hahlbrock K, Weisshaar B (1997) PcMYB1 novi biljni protein koji sadrži DNK-vezujući domen sa jednim Myb ponavljanjem, interaguje in vivo sa promotorskom jedinicom koja reguliše svetlost. Биљка Ј 11: 1079–1093

Feng C, Andresson E, Maslak A, Mok HP, Matson O, Mundi L (2004) Arabidopsis MYB68 u razvoju i odgovorima na ekološke znakove. Плант Сци 167: 1099–1107

Fornale S et al (2010) ZmMYB31 direktno potiskuje gene kukuruznog lignina i preusmerava metabolički tok fenilpropanoida. Биљка Ј 64 (4): 633–644

Гиголасхвили Т ет ал (2007) Транскрипциони фактор ХИГ1/МИБ51 регулише биосинтезу индолског глукозинолата у Арабидопсис тхалиана. Биљка Ј 50: 886–901

Гиголасхвили Т ет ал (2008) ХАГ2/МИБ76 и ХАГ3/МИБ29 врше специфичну и координисану контролу над регулацијом биосинтезе алифатичног глукозинолата у Арабидопсис тхалиана. Нови Пхитол 177: 627–642

Gocal GFW, Sheldon CC, Gubler F (2001) GAMyb sličan gen, cvetanje i signalizacija giberelina u Arabidopsis. Plant Physiol 127: 682–1691

Gonzalez A, Zhao M, Leavitt JM, Lloyd AM (2008) Regulacija biosintetskog puta antocijanina pomoću transkripcionog kompleksa TTG1/bHLH/Myb u Arabidopsis sadnice. Plant J 53: 814–827

Gonzalez A et al (2009) TTG1 kompleks MYBs, MYB5 i TT2, kontrolišu diferencijaciju spoljašnjeg omotača semena. Дев Биол 325: 412–421

Гротеволд Е, Друммонд БЈ, Бовен Б, Петерсон Т (1994) Миб-хомологни П ген контролише пигментацију флобафена у цветним органима кукуруза директном активацијом подскупине биосинтетских гена флавоноида. Ћелија 76: 543–553

Гублер Ф, Калла Р, Робертс ЈК, Јацобсен ЈВ (1995) Гиббереллин регулисана експресија гена миб у ћелијама алеурона јечма: доказ за Миб трансактивацију промотора гена α-амилазе високог пл. Plant Cell 7: 1879–1891

Гублер Ф, Ваттс РЈ, Калла Р, Маттхевс П, Кеис М, Јацобсен ЈВ (1997) Клонирање цДНА пиринча који кодира транскрипциони фактор хомологан јечму ГАМиб. Пхисиол Плант Целл 38: 362–365

Хицхри И, Барриеу Ф, Богс Ј, Каппел Ц, Делрот С, Лаувергеат В (2011) Недавни напредак у транскрипционој регулацији биосинтетичког пута флавоноида. Ј Екп Бот 62 (8): 2465–2483

Хиггинсон Т, Ли СФ, Парисх РВ (2003) АтМИБ103 регулише развој тапетума и трихома у Арабидопсис тхалиана. Биљка Ј 35: 177–192

Хираи МИ, Сугииама К, Савада И ет ал (2007) Идентификација омика на основу Arabidopsis Транскрипцијски фактори Миб који регулишу биосинтезу алифатичног глукозинолата. Проц Натл Ацад Сци У С А 104: 6478–6483

Хоерен ФУ, Долферус Р, Ву И, Пеацоцк ВЈ, Деннис ЕС (1998) Докази о улози АтМИБ2 у индукцији Arabidopsis ген алкохол дехидрогеназе (АДХ1) због ниског кисеоника. Генетицс 149: 479–490

Huang W, Sun W, Lv H, Xiao G, Zeng S, Wang Y (2013) Izolacija i molekularna karakterizacija trinaest faktora transkripcije R2R3-MYB iz Епимедиум сагиттатум. Int J Mol Sci 14:594–610. дои: 10.3390/ијмс14010594

Исхида Т, Хаттори С, Сано Р, Иноуе К, Схирано И, Хаиасхи Х, Схибата Д, Сато С, Като Т, Табата С, Окада К, Вада Т (2007) Arabidopsis ПРОЗИРНА ТЕСТА ГЛАБРА2 је директно регулисана факторима транскрипције Р2Р3 МИБ и укључена је у регулацију транскрипције ГЛАБРА2 у епидермалној диференцијацији. Биљна ћелија 19: 2531–2543

Ито М, Араки С, Матсунага С, Итох Т, Нисхихама Р, Мацхида И, Доонан ЈХ, Ватанабе А (2001) Транскрипција специфична за Г2/М-фазу током биљног ћелијског циклуса посредована је транскрипционим факторима сличним ц-Миб. Биљна ћелија 13: 1891–1906

Итурриага Г, Леинс Л, Виллегес А, Гхараибех Р, Саламини Ф, Бартелс Д (1996) Породица нових гена везаних за миб из биљке васкрснућа Craterostigma plantagineum су посебно изражене у жуљевима и коренима као одговор на АБА или исушивање. Plant Mol Biol 32: 707–716

Јацксон Д, Цулианез-Мациа Ф, Пресцотт АГ, Робертс К, Мартин Ц (1991) Обрасци експресије миб гена из цветова Антиррхинум. Биљна ћелија 3: 115–125

Jiang C et al (2004a) Naređeno poreklo tipičnih dva i tri ponavljanja Myb gena. Gene 326:13–22

Jiang C, Gu X, Peterson T (2004b) Identifikacija konzerviranih genskih struktura i karboksi-terminalnih motiva u porodici gena Myb Arabidopsis и Ориза сатива Л. ссп. indica. Геном Биол 5: Р46

Jin H, Martin C (1999) Multifunkcionalnost i raznovrsnost unutar porodice MYB gena biljaka. Plant Mol Biol 41(5):577–585

Jin H, Cominelli E, Bailey P, Parr A, Mehrtens F, Jones J, Tonelli C, Weisshaar B, Martin C (2000) Represija transkripcije od strane AtMYB4 kontroliše proizvodnju krema za sunčanje za zaštitu od UV zračenja u Arabidopsis. ЕМБО Ј 19: 6150–6161

Johnson ET, Dowd PF (2004) Diferencijalno povećana otpornost na insekte, po cijeni, u Арабидопсис тхалиана конститутивно изражавајући фактор транскрипције одбрамбених метаболита. Ј Агриц Фоод Цхем 52: 5135–5138

Jung C i saradnici (2008) Prekomerna ekspresija AtMYB44 pojačava zatvaranje stomata kako bi se obezbedila tolerancija na abiotski stres kod transgenih Arabidopsis. Плант Пхисиол 146: 623–635

Канг ИХ, Кирик В, Хулскамп М, Нам КХ, Хагели К, Лее ММ, Сцхиефелбеин Ј (2009) Ген МИБ23 пружа позитивну повратну спрегу за спецификацију ћелијске судбине у Arabidopsis епидермис корена. Plant Cell 21: 1080–1094

Kazan K (2006) Negativna regulacija gena odbrane i stresa pomoću represora koji sadrže EAR motiv. Trends Plant Sci 11:109–112

Кизис Д, Лумбрерас В, Пагес М (2001) Улога фактора транскрипције АП2/ЕРЕБП у регулацији гена током абиотичког стреса. Леттер ФЕБС 498: 187–189

Кранз ХД, Денекамп М, Грецо Р, Јин ХЛ, Леива А, Меисснер Р, Петрони К, Урзаинкуи А, Беван М, Мартин Ц, Смеекенс С, Тонелли Ц, Паз-Арес Ј, Веиссхаар Б (1998) Ка функционалној карактеризацији članovi porodice gena R2R3-MYB iz Арабидопсис тхалиана. Plant J 16: 263–276

Lee MM, Schiefelbein J (1999) WEREWOLF, protein povezan sa MYB u Arabidopsis, је регулатор зависан од узорковања епидермалних ћелија зависан од положаја. Cell 99:473–483

Lee MW, Qi M, Yang Y (2001) Novi pirinač izazvan jasmonskom kiselinom МИБ gen se povezuje sa gljivičnom infekcijom i smrću ćelije domaćina. Мол Плант Мицробе Интерацт 14: 527–535

Lee DK et al (2009) Lateralna fuzija organa1 i fuzija lateralnih organa funkcionišu u bočnom razdvajanju organa i formiranju aksilarnog meristema u Arabidopsis. Razvoj 136:2423–2432

Лепиниец Л, Дебеаујон И, Роутабоул ЈМ, Баудри А, Поурцел Л, Неси Н, Цабоцхе М (2006) Генетика и биохемија семенских флавоноида. Анну Рев Плант Биол 57: 405–430

Јиганг Л ет ал (2006) Подгрупа гена за фактор транскрипције МИБ пролази кроз високо конзервисано алтернативно спајање у Arabidopsis i pirinač. Ј Екп Бот 57: 1263–1273

Ли Л ет ал (2009) Arabidopsis MYB30 je direktna meta BES1 i sarađuje sa BES1 da reguliše ekspresiju gena izazvanu brasinosteroidima. Биљка Ј 58: 275–286

Liang YK et al (2005) AtMYB61, faktor transkripcije R2R3-MYB koji kontroliše stomatalni otvor u Арабидопсис тхалиана. Цурр Биол 15: 1201–1206

Liao Y, Zou HF, Wang HW, Zhang WK, Ma B, Zhang JS (2008) Geni soje GmMYB76, GmMYB92 i GmMYB177 daju toleranciju na stres kod transgenih Arabidopsis биљке. Cell Res 18:1047–1060

Lin-Vang K, Bolito K, Grafton K, Kortstee A, Karunairetnam S, McGhie TK, Espley RV, Hellens RP, Allan AC (2010) Transkripcioni faktor R2R3 MYB povezan sa regulacijom biosintetskog puta antocijana u Rosaceae. БМЦ Плант Биол 10: 50–66

Липполд Ф, Санцхез ДХ, Мусиалак М, Сцхлеретх А, Сцхеибле ВР, Хинцха ДК, Удварди МК (2009) АтМиб41 регулише транскрипционе и метаболичке одговоре на осмотски стрес код Arabidopsis. Плант Пхисиол 149: 1761–1772

Lipsick JS (1996) Jedna milijarda godina Myb. Oncogene 13:223–235

Лиу Л, Ду Х, Танг КСФ, Ву ИМ, Хуанг ИБ, Танг ИКС (2008) Улога транскрипционих фактора МИБ на одбрамбене реакције биљака и његов молекуларни механизам. Хередитас 30: 1265–1271

Лиу Р, Лу Б, Ванг Кс, Зханг Ц, Зханг С, Киан Ј, Цхен Л, Схи Х, Донг Х (2010) Тридесет седам гена транскрипционог фактора различито реагује на протеин укоснице и утиче на отпорност на лисне уши зелене брескве у Arabidopsis. Ј Биосци 35: 435–450. дои: 10.1007/с12038-010-0049-8

Lu SX, Knowles SM, Andronis C, Ong MS, Tobin EM (2009) Povezani cirkadijalni sat1 i kasni izduženi hipokotil funkcionišu sinergistički u cirkadijalnom satu Arabidopsis. Plant Physiol 150: 834–843

Ma Q et al (2009) Povećana tolerancija na stres od hlađenja ОсМИБ3Р-2 трансгени пиринач је посредован променом ћелијског циклуса и ектопичном експресијом гена за стрес. Плант Пхисиол 150: 244–256

Maeda K, Kimura S, Demura T, Takeda J, Ozeki Y (2005) DcMYB1 deluje kao transkripcioni aktivator gena šargarepe fenilalanin amonijak-liaze (DcPAL1) kao odgovor na tretman elicitorom, UV-B zračenje i efekat razblaživanja. Биљка Мол Биол 59: 739–752

Mandaokar A, Browse J (2009) MYB108 deluje zajedno sa MYB24 da reguliše sazrevanje stamena posredovano jasmonatom u Arabidopsis. Плант Пхисиол 149: 851–862

Mandaokar A et al (2006) Transkripcijski regulatori razvoja stamena u Arabidopsis идентификовано транскрипцијским профилисањем. Биљка Ј 46: 984–1008

Мартин Ц, Паз-Арес Ј (1997) МИБ транскрипцијски фактори у биљкама. Trends Genet 13:67–73

Менгисте Т, Цхен Кс, Салмерон Ј, Диетрицх Р (2003) Ген БОТРИТИС СУСЦЕПТИБЛЕ1 кодира протеин транскрипционог фактора Р2Р3МИБ који је потребан за реакције биотичког и абиотичког стреса у Arabidopsis. Биљна ћелија 15: 2551–2565

Месхи Т, Ивабуцхи М (1995) Фактори транскрипције биљака. Пхисиол Плант Целл 36: 1405–1420

Миллар АА, Гублер Ф (2005) Arabidopsis Geni slični GAMYB-u, MYB33 i MYB65, su geni regulisani mikroRNK koji redundantno olakšavaju razvoj antera. Биљна ћелија 17: 705–721

Морита И, Саитох М, Хосхино А, Нитасака Е, Иида С (2006) Изолација цДНК за Р2Р3-МИБ, бХЛХ и ВДР транскрипционе регулаторе и идентификација ц и ца мутација које дају бело цвеће у јапанској Морнинг Глори. Пхисиол Плант Целл 47: 457–470

Моиано Е, Мартинез-Гарциа ЈФ, Мартин Ц (1996) Очигледна редундантност у функцији гена миб омогућава припрему за контролу биосинтезе флавоноида у цветовима Антиррхина. Plant Cell 8: 1519–1532

Му РЛ ет ал (2009) Ген за фактор транскрипције типа Р2Р3 АтМИБ59 регулише раст корена и напредовање ћелијског циклуса у Arabidopsis. Целл Рес 19: 1291–1304

Murray F, Kalla R, Jacobsen J, Gubler F (2003) Uloga za HvGMYB u razvoju antera. Биљка Ј 33: 481–491

Нарасука И, Накасхима К, Схинвари ЗК, Сакума И, Фурихата Т, Абе Х, Нарусака М, Схинозаки К, Иамагуцхи-Схинозаки К (2003) Интеракција између два цис-делујућа елемента, АБРЕ и ДРЕ, у АБА-зависном изразу Arabidopsis rd29A gen kao odgovor na dehidraciju i stresove visokog saliniteta. Биљка Ј 34: 137–148

Неси Н, Јонд Ц, Дебеаујон И, Цабоцхе М (2001) Arabidopsis Ген ТТ2 кодира протеин домене Р2Р3 МИБ који делује као кључна одредница за акумулацију проантоцијанидина у семену у развоју. Биљна ћелија 13: 2311–2322

Невман Љ ет ал (2004) Укљученост Р2Р3-МИБ, АтМИБ61, у ектопичку лигнификацију и тамно-фотоморфогене компоненте фенотипа дет3 мутанта. Plant J 37: 239–250

Нода КИ, Гловер БЈ, Линстеад П, Мартин Ц (1994) Интензитет боје цвета зависи од специјализованог облика ћелије контролисаног транскрипционим фактором везаним за Миб. Натуре 369: 661–664

Огата К ет ал (1996) Шупљина у хидрофобном језгру домена везивања Миб ДНА резервисана је за препознавање и трансактивацију ДНК. Нат Струцт Биол 3: 178–818

Oppenheimer DG, Hertman PL, Sivakumaran S, Esch J (1991) Myb gen potreban za diferencijaciju trihoma lista u Arabidopsis izražava se u stipulama. Ћелија 67: 483–493

Парк ЈС ет ал (2008) Arabidopsis Transkripcioni faktor R2R3-MYB AtMYB60 funkcioniše kao transkripcioni represor biosinteze antocijanina u zelenoj salati (Lactuca sativa). Plant Cell Rep 27:985–994

Паскуали Г ет ал (2008) ОсМИБ4 ekspresija poboljšava adaptivne odgovore na sušu i hladnoću kod transgenih jabuka. Представник биљних ћелија 27: 1677–1686

Паз-Арес Ј, Гхосал Д, Виенанд У, Петерсон ПА, Саедлер Х (1987) Регулаторни ц1 локус Зеа маис кодира протеин са хомологијом према производима миб прото-нцогена и са структурним сличностима са активаторима транскрипције. EMBO J 6:3553–3558

Penfield S et al (2001) MYB61 je neophodan za taloženje i ekstruziju sluzi u Arabidopsis семењача. Биљна ћелија 13: 2777–2791

Песцх М, Хулскамп М (2009) Један, два, три. Модели за узорковање трихома у Arabidopsis. Curr Opin Plant Biol 12:587-592

Прабу Г, Прасад ДТ (2012) Функционална карактеризација промотора гена МИБ транскрипционог фактора шећерне трске (ПСцМИБАС1) као одговор на абиотички стрес и хормоне. Plant Cell Rep 4:661–669. дои: 10.1007/с00299-011-1183-и

Prabu GR, Theertha PD (2011) Struktura proteina Myb transkripcionog faktora koji se vezuje za DNK (SCMYBAS1-3) iz uvlačenja šećerne trske i AB initio modeliranja. J Phytol 3:77–82

Пунвани ЈА и др. (2008) Подсклоп МИБ98 у регулаторној мрежи синергидних гена укључује гене директно и индиректно регулисане МИБ98. Plant J 55: 406–414

Quaedvlieg N, Dockx J, Keultjes G, Kock P, Wilmering J, Weisbeek P, Smeekens S (1996) Identifikacija svetlosno regulisanog MYB gena iz Arabidopsis прикупљање гена транскрипционог фактора. Биљка Мол Биол 32: 987–993

Куаттроццхио Ф, Винг ЈФ, Леппен ХТЦ, Мол ЈНМ, Коес РЕ (1993) Регулаторни гени који контролишу пигментацију антоцијанина очувани су међу биљним врстама и имају различит скуп циљних гена. Plant Cell 5: 1497–1512

Рабиновицз ПД, Браун ЕЛ, Волфе АД, Бовен Б, Гротеволд И (1999) Гени кукуруза Р2Р3 Миб: анализа секвенце открива амплификацију у вишим биљкама. Genetics 153:427–444

Раффаеле С, Ривас С, Роби Д (2006) Суштинска улога салицилне киселине у АтМИБ30 посредованој контроли програма преосетљиве ћелијске смрти у Arabidopsis. FEBS Lett 580:3498–3504

Raffaele S et al (2008) MYB transkripcioni faktor reguliše biosintezu masnih kiselina veoma dugog lanca za aktivaciju preosetljive smrti ćelije. Arabidopsis. Plant Cell 20: 752–767

Реиес ЈЛ, Цхуа НХ (2007) АБА индукција миР159 контролише нивое транскрипта два фактора МИБ током Arabidopsis клијање семена. Биљка Ј 49: 592–606

Риецхманн ЈЛ, Хеард Ј, Мартин Г, Реубер Л, Јианг ЦЗ, Кеддие Ј, Адам Л, Пинеда О, Ратцлиффе ОЈ, Самара РР, Цреелман Р, Пилгрим М, Броун П, Зханг ЈЗ, Цхандахари Д, Схерман БК, Иу ЦЛ (2000) Arabidopsis транскрипциони фактори: упоредна анализа за читав геном међу еукариотима. Nauka 290: 2105–2110

Росински ЈА, Атцхлеи ВР (1998) Молекуларна еволуција транскрипционих фактора породице Миб: докази о полифилетском пореклу. J Mol Evol 46:74–83

Роуацхед Х, Сеццо Д, Арпат Б, Поириер И (2011) Транскрипциони фактор ПХР1 игра кључну улогу у регулацији протока сулфатног изданка у корен након изгладњивања фосфата у Arabidopsis. БМЦ Плант Биол 11:19. дои: 10.1186/1471-2229-11-19

Rubio V, Linhares F, Solano R, Martin AC, Iglesias J, Leyva A, Paz-Ares J (2001) Očuvani MYB transkripcioni faktor uključen u signalizaciju gladovanja fosfatom i u vaskularnim biljkama i u jednoćelijskim algama. Genes Dev 15:2122–2133

Schaffer R, Ramsay N, Samach A, Corden S, Putterill J, Carre IA, Coupland G (1998) Kasna izdužena hipokotilna mutacija Arabidopsis remeti cirkadijalne ritmove i fotoperiodičnu kontrolu cvetanja. Cell 93:1219–1229

Сцхаффер Р, Ландграф Ј, Аццерби М, Симон В, Ларсон М, Висман Е (2001) Анализа микрочипа дневних и циркадијално регулисаних гена у Arabidopsis. Plant Cell 13:113–123

Scoville AG, Barnett LL, Roels SB, Kelly JK, Hileman LC (2011) Diferencijalna regulacija faktora MYB transkripcije je u korelaciji sa transgeneracijskim epigenetskim nasljeđivanjem gustine trihoma u Мимулус гуттатус. New Phytol 191(1):251–263

Segarra G, Van der Ent S, Trillas I, Pieterse CMJ (2009) MYB72, čvor konvergencije indukovane sistemske rezistencije izazvane gljivičnim i bakterijskim korisnim mikrobom. Биљни биол 11: 90–96

Seo PJ, Park CM (2009) Homeostaza auksina tokom bočnog razvoja korena u uslovima suše. Биљни сигнал Бехав 4: 1002–1004

Seo PJ, Park CM (2010) MYB96 posredovani signali apscizinske kiseline indukuju odgovor otpornosti patogena promovišući biosintezu salicilne kiseline u Arabidopsis. Нев Пхитол 186: 471–483

Сео ПЈ ет ал (2009) Транскрипциони фактор МИБ96 посредује у сигнализацији апсцисинске киселине током одговора на стрес од суше у Arabidopsis. Plant Physiol 151:275–289

Seo PJ, Lee SB, Suh MC, Park MJ, Go YS, Park CM (2011) Faktor transkripcije MYB96 reguliše biosintezu kutikularnog voska u uslovima suše u Arabidopsis. Биљна ћелија 23: 1138–1152

Схарма П, Кумар Х, Суприиа, Кумар С, Иадав НР, Прадееп, Иадав РЦ, Сингх Д (2010) Упоредна експресија гена миб у врстама Брассица под стресом од суше путем полу-квантитативне РТ-ПЦР. Билтен Цруциферае 29: 23–25

Схин Б, Цхои Г, Ии Х, Ианг С, Цхо И, Ким Ј, Лее С, Паек НЦ, Ким ЈХ, Сонг ПС, Цхои Г (2002) АтМИБ21, ген који кодира фактор транскрипције специфичан за цвет, регулише ЦОП1. Plant J 30:23–32

Схин Р ет ал (2007) Тхе Arabidopsis transkripcioni faktor MYB77 moduliše transdukciju auksinskog signala. Plant Cell 19: 2440–2453

Схинозаки К, Иамагуцхи-Схинозаки К (2000) Молекуларни одговори на дехидратацију и ниске температуре: разлике и унакрсни разговори између два сигнализациона пута стрес. Цурр Опин Плант Биол 3: 217–223

Схинозаки К, Иамагуцхи-Схинозаки К, Урао ОТ, Коизуми М (1992) Нуклеотидна секвенца гена из Арабидопсис тхалиана kodiranje myb homologa. Плант Мол Биол 19: 493–499

Солано Р, Нието Ц, Авила Ј, Цанас Л, Диаз И, Паз-Арес Ј (1995) Специфичност двоструког везивања ДНК МИБ транскрипционог фактора специфичног за епидерму латице (МИБПх3) из Petunia hybrida. ЕМБО Ј 14: 1773–1784

Песма С, Ки Т, Хуанг Х, Рен К, Ву Д, Цханг Ц, Пенг В, Лиу И, Пенг Ј, Ксие Д (2011) Протеини домена Јасмонате-ЗИМ ступају у интеракцију са факторима транскрипције Р2Р3-МИБ до МИБ21 и МИБ24 до utiču na razvoj stamena regulisanog jasmonatom u Arabidopsis. Plant Cell 23: 1000–1013

Стеинер-Ланге С, Унте УС, Ецкстеин Л, Ианг Ц, Вилсон ЗА, Сцхмелзер Е, Деккер К, Саедлер Х (2003) Прекид Арабидопсис тхалиана МИБ26 резултира мушким стерилитетом због не-дехисцентних прашника. Биљка Ј 34: 519–528

Страцке Р, Вербер М, Веиссхаар Б (2001) Породица гена Р2Р3 -МИБ у Арабидопсис тхалиана. Curr Opin Plant Biol 4:447–456

Страцке Р, Исхихара Х, Хуеп Г, Барсцх А, Мехртенс Ф, Ниехаус К, Веиссхаар Б (2007) Диференцијална регулација блиско повезаних транскрипционих фактора Р2Р3-МИБ контролише акумулацију флавонола у различитим деловима Арабидопсис тхалиана sadnica. Биљка Ј 50: 660–677

Страцке Р, Фавори ЈЈ, Грубер Х, Бартелниевоехнер Л, Бартелс С, Бинкерт М, Функ М, Веиссхаар Б, Улм Р (2010) Arabidopsis бЗИП транскрипциони фактор ХИ5 регулише експресију гена ПФГ1/МИБ12 као одговор на светлост и ултраљубичасто-Б зрачење. Окружење биљних ћелија 33: 88–103

Su CF et al (2010) Novi put zavisan od MYBS3 daje pirinču otpornost na hladnoću. Plant Physiol 153:145–158

Suo J, Liang X, Pu L, Zhang Y, Xue Y (2003) Identifikacija GhMYB109 koji kodira faktor transkripcije R2R3MYB koji se posebno izražava u inicijalima vlakana i izduženim vlaknima pamuka (Gossypium hirsutum Л.). Biochem Biophys Acta 1630:25–34

Suprija YNR, Yadav RC, Singh D (2006) Izolacija biološki aktivne RNK za generisanje cDNK faktora transkripcije myb u vrstama Brassica. Brasika 8:95–98

Такахасхи Р, Иамагисхи Н, Иосхика Н (2013) Фактор транскрипције МИБ контролише боју цвећа у соји. J Hered 104(1):149–153

Тамагноне Л, Мерида А, Парр А, Мацкаи С, Цулианез-Мациа ФА, Робертс К, Мартин Ц (1998) Транскрипциони фактори АмМИБ308 и АмМИБ330 из Антиррхина регулишу биосинтезу фенилпропаноида и лигнина у трансгеном дувану. Plant Cell 10:135–154

Урао Т, Иамагуцхи-Схинозаки К, Урао С, Схинозаки К (1993) Ан Arabidopsis миб хомолог је индукован стресом дехидрације и његов генски производ се везује за очувану секвенцу препознавања МИБ. Биљна ћелија 5: 1529–1539

Van der Ent S et al (2008) MYB72 je neophodan u ranim koracima signalizacije sistemske rezistencije izazvane rizobakterijama u Arabidopsis. Plant Physiol 146: 1293–1304

Vannini C, Locatelli F, Bracale M, Magnani E, Marsoni M, Osnato M, Mattana M, Baldoni E, Coragio I (2004) Prekomerna ekspresija pirinča ОсМИБ4 ген повећава толеранцију на хлађење и смрзавање Арабидопсис тхалиана биљке. Plant J 37: 115–127

Вердиер Ј ет ал (2012) МтПАР МИБ транскрипциони фактор делује као прекидач за биосинтезу проантоцијанидина у Medicago truncatula. PNAS 109 (5): 1766–1771

Wang X et al (2008) Prekomerna ekspresija PGA37/MYB118 i MYB115 promoviše vegetativni prelazak na embrion u Arabidopsis. Целл Рес 19: 224-235

Ванг С, Баррон Ц, Сцхиефелбеин Ј, Цхен ЈГ (2010) Изразити односи између ГЛАБРА2 и једнократних Р3 МИБ транскрипционих фактора у регулацији трихома и корена длака у Arabidopsis. Novi fitol 185:387–400

Вилкинс О, Нахал Х, Фоонг Ј, Проварт Њ, Цампбелл ММ (2009) Проширење и диверзификација Популус Р2Р3 -МИБ породица транскрипционих фактора. Plant Physiol 149: 981–993

Woodger FJ, Gubler F, Pogson BJ, Jacobsen JV (2003) Kinaza slična MAK-u je represor GAMYB u aleuronu ječma. Plant J 33: 707–717

Ксие З, Лее ЕК, Луцас ЈР, Морохасхи К, Ли Д, Мурраи ЈАХ, Сацк ФД, Гротеволд Е (2010) Плант Целл 22: 2306–2321

Ксионг Ц, Зхонгхе М, Ериц Л (1997) Својства везивања ДНК, геномска организација и образац експресије ТГА6, новог члана ТГА породице бЗИП транскрипционих фактора у Арабидопсис тхалиана. Плант Мол Биол 34: 403–415

Yang Y, Klessig DF (1996) Izolacija i karakterizacija virusa mozaika duvana inducibilnog myb onkogena homologa iz duvana. Проц Натл Ацад Сци 93: 14972–14977

Yang S, Sweetman JP, Amirsadeghi S, Barghchi M, Huttly AK, Chung WI, Twell D (2001) Novi myb geni specifični za antere iz duvana kao navodni regulatori ekspresije fenilalanin amonijak-lijaze. Плант Пхисиол 126: 1738–1753

Yang C et al (2007) Arabidopsis МИБ26/МАЛЕ СТЕРИЛЕ35 регулише секундарно задебљање у ендотецијуму и неопходан је за уклањање прашине. Биљна ћелија 19: 534–548

Ианг А, Ксиаоиан Даи Кс, Зханг ВХ (2012) МИБ ген типа Р2Р3, OsMYB2, укључен је у толеранцију соли, хладноће и дехидратације у пиринчу. Ј Екп Бот 63 (7): 2541–2556

Ианхуи Ц ет ал (2006) Суперпородица МИБ транскриптора фактора Arabidopsis: анализа експресије и филогенетско поређење са породицом МИБ пиринча. Биљка Мол Биол 60: 107–124

Yi J, Derynck MR, Li X, Telmer P, Marsolais F, Dhaubhadel S (2010) Faktor transkripcije MYB sa jednim ponavljanjem, GmMYB176, reguliše ekspresiju gena CHS8 i utiče na biosintezu izoflavonoida u soji. Биљка Ј 62: 1019–1034

Иу ЕИ, Ким СЕ, Ким ЈХ, Ко ЈХ, Цхо МХ, Цхунг ИК (2000) Препознавање ДНК специфично за секвенцу помоћу Миб-сличног домена биљног теломерног протеина РТБП1. Ј Биол Цхем 275: 24208–24214

Зханг И ет ал (2009) Карактеризација Arabidopsis Gen transkripcionog faktora MYB AtMYB17 i njegova moguća regulacija pomoću LEAFY-a i AGL15. Ј Генет Геномицс 36: 99–107

Зханг Кс, Ју ХВ, Цхунг МС, Хуанг П, Ахн СЈ, Ким ЦС (2011) Транскрипциони фактор сличан МИБ типа Р-Р, АтМИБЛ, укључен је у промовисање старења листова и модулира одговор на абиотички стрес у Arabidopsis. Fiziol biljnih ćelija 52:138–148

Зхонг Р ет ал (2007) Транскрипциони фактор МИБ46 је директна мета СНД1 и регулише биосинтезу секундарног зида у Arabidopsis. Биљна ћелија 19: 2776–2792

Zhong R et al (2008) Baterija transkripcionih faktora uključenih u regulaciju biosinteze sekundarnog ćelijskog zida u Arabidopsis. Биљна ћелија 20: 2763–2782

Зхоу Ј ет ал (2009) МИБ58 и МИБ63 су транскрипциони активатори биосинтетичког пута лигнина током формирања секундарне ћелијске стјенке у Arabidopsis. Биљна ћелија 21: 248–266


Захвалнице

Овај рад је подржан грантом ГМ077596 (за Х.З.) из америчког Националног института за здравље (НИХ). Неки од података прикупљени су у Институту за геномску биологију Царл Р. Воесе на језгри од 600 МХз НМР финансираној од стране НИХ грант броја С10-РР028833, ЛЦ-МС у Центру за метаболомику МЦБ и ХРМС у Лабораторији за масену спектрометрију СЦС. B.W. i F.G. посветите овај чланак сећању на Кекиан Ианга, који је дао значајан допринос њиховом разумевању Стрептомицес генетска регулација секундарног метаболизма.


Опције приступа

Dobijte pun pristup časopisu za 1 godinu

Sve cene su NETO cene.
PDV će biti dodat kasnije pri odlasku.
Obračun poreza će biti finaliziran prilikom plaćanja.

Набавите временски ограничен или комплетан приступ чланцима на РеадЦубе -у.

Sve cene su NETO cene.


Доступност података

Сирови подаци о секвенцирању проса лисичјег репа, просо проса, бисерног проса и раслиња добијени у овој студији доступни су у НЦБИ (приступни број БиоПројецт. ПРЈНА650146) (67). Сирови подаци о секвенцирању кукуруза и сирка који су коришћени за обуку модела претходно су депоновани у НЦБИ под приступним бр. PRJNA344653 (68).Подаци о експресији гена садница кукуруза узгајаних у Минесоти под условима контроле и хладног стреса добијени су од НЦБИ -а са приступним бр. PRJNA657262 (69). Подаци о експресији гена у листу садница кукуруза узгојених у Гансу, Кина, у контролним условима и хладном стресу, добијени су од НЦБИ -а са приступним бројем бр. PRJNA645274 (70). Кодови који се користе за израчунавање геномских карактеристика по сваком гену, ознаке гена и придружене карактеристике, скрипте за машинско учење и обучени модели доступни су у спремишту Битбуцкет (хттпс://битбуцкет.орг/сханваи1234/цолдгенепредицт/срц/мастер/).


Uloga hromatina

Iako transkripcioni represori često učestvuju u regulaciji gena, mora se imati na umu da sama priroda DNK u eukariotskim ćelijama teži da gene zadrži u potisnutom stanju. Eukariotska DNK je omotana oko proteinskih kompleksa zvanih histonski oktameri, što ima efekat pakovanja DNK u kompaktan oblik tako da se uklapa u jezgro. Међутим, ово такође ограничава приступ регулаторних фактора њиховим циљним локацијама. Како се откривају механизми транскрипционих активатора, открива се све више оних који делују умањујући репресију изазвану хроматином. Primer je Swi/Snf proteinski kompleks, prvi put identifikovan u kvascu. Мутације у компонентама комплекса резултирале су смањеном активношћу одређених циљних гена. Касније је откривено да су мутације у генима хистона вратиле нормалну активност тим циљним генима, другим речима, мутације у генима хистона су некако компензовале мутације у Сви/Снф. Ovo je bio pokazatelj da histoni i Swi/Snf na neki način interaguju i sugeriše da bi Swi/Snf mogao funkcionisati ometanjem vezivanja histona za DNK. Биохемијски експерименти изведени касније показали су да је то заиста био случај. Иако Сви/Снф не у потпуности razdvojiti se хистони из ДНК, он их олабави, што је довољно да се омогући везивање многих активатора. Swi/Snf je uključen samo u aktiviranje podskupa gena, a pitanje zašto funkcioniše kod nekih promotera, a ne kod drugih je tema intenzivnog istraživanja.

Други механизам којим се ублажава репресија изазвана хроматином је хистон ацетилација . Хистони су позитивно наелектрисани протеини и стога блиско интерагују са ДНК, која је негативно наелектрисана. Acetilacija histona smanjuje njihov neto pozitivni naboj, što labavi njihovu interakciju sa DNK i povećava vezivanje faktora transkripcije. За неколико транскрипционих фактора код различитих организама сада је откривено да су ацетилтрансферазе на снази, да могу ацетилирати хистоне.

Осим тога, откривено је да су неки транскрипцијски репресиви у квасцима и сисарима хистонске деацетилазе. У ствари, откривено је да протеин МеЦП2, који се веже за метилирану ДНК, функционише у комплексу са хистон деацетилазе. Тако, метилација би довело до везивања овог комплекса, узрокујући деацетилацију хистона и кондензованију структуру хроматина. Odavno je poznato da je metilirana DNK povezana sa transkripcijski neaktivnim genima, a prodori u proučavanje acetilacije histona su konačno pružili objašnjenje za ovo.


Позадина

Сланост тла је значајан абиотички фактор који ограничава раст и развој биљака. Da bi ublažile osmotski stres izazvan solju, toksičnost jona i oksidativno oštećenje, biljke su razvile niz fizioloških i molekularnih mehanizama odgovora [1,2,3]. Obična bermuda trava (Цинодон дацтилон (Л.) Перс.) Је популарна и широко кориштена врста травњака која се може ширити столоном, ризомом и сјеменом [4, 5]. Упркос добром степену толеранције соли, постоји велика варијација унутар врсте. Dakle, rast i razvoj relativno osetljivih sorti može biti ozbiljno inhibiran stresom saliniteta, što u velikoj meri ograničava promociju i primenu bermuda trave u slanim zemljištima [6, 7]. Stoga će dubinska analiza mehanizma tolerancije soli i rudarenje ključnih gena i puteva odgovora doprineti njegovoj primeni u slanim sredinama.

У биљкама, стрес због соли изазива транскриптомско репрограмирање у цијелом геному као одговор на ове подражаје из околине. Као резултат тога, групе гена повезане са многим физиолошким особинама и путевима одговора на со регулисане су да ублаже нежељене ефекте, чинећи одговор соли комплексном квантитативном особином [1, 8]. Одмах након што биљке опазе сигнал стреса соли из околине, могу се брзо активирати вишеструки путеви трансдукције сигнала [9, 10], а повећање концентрације јона калцијума (Ца 2+) је међу првим одговорима на спољне стимулусе [11]. Да би се носили са стресом, дејство стимуланса Ца 2+ сензора (нпр. ЦБЛ: протеини слични калцинеурину Б ЦИПК: Ца 2+ -независне протеинске киназе ЦДПК -и: Ца 2+ -зависне протеинске киназе ЦМЛ: протеини слични калмодулину) [ 11] претходи ланцу реакција као што су СОС (соли преосетљиви на соли) и МАПК (митоген-активирана протеин киназа) путеви [12,13,14]. Уз Ца 2+ сигнализацију, учествују и други други гласници, као што је РОС (реактивне врсте кисеоника) [3]. Iako ROS može da funkcioniše kao signalni molekul kao odgovor na indikacije okoline [2, 15], njegova prekomerna akumulacija može dovesti do oksidativnog oštećenja ćelija [16]. Да би се сузбила оксидативна оштећења изазвана РОС-ом, биљке су развиле комплексан систем за уклањање који се састоји од ензима антиоксиданата (нпр. Супероксид дисмутазе, СОД пероксидазе, ПОД каталазе, ЦАТ) и неензимских чистача (нпр. Токоферола, каротеноида фенола) који су уклонили прекомерно произведене ROS i štite se od oksidativnog stresa izazvanog solju [17, 18]. Такође, сигнални путеви посредовани фитохормонима (нпр. Ауксин апсцисинска киселина, АБА јасмонска киселина, ЈА цитокинин, ЦТК гиберелин, ГА етилен, ЕТХ) такође играју кључну улогу у адаптивном расту биљака након стимулације животне средине [19].

Да би додатно заштитиле биљке од оштећења, активиране каскаде као што су Ца 2+, РОС и сигналне каскаде хормона могу додатно активирати друге регулаторе попут транскрипционих фактора (ТФ) (нпр. АБА-реагујући елемент који везује елементе/фактор који везује АБА, АБРЕ/АБФ ) [20] за регулисање других гена за одговор на со на низводном нивоу. На пример, гени који регулишу ниво осмопротектора су први транскрипти изазвани стресом током почетног одговора на почетни осмотски стрес. Унутарћелијске концентрације осмолита као што су пролин, растворљиви шећер и дехидрини су повишене да би се побољшао ћелијски осмотски притисак [2, 21]. Након продуженог излагања стресу соли, усвајају се друге стратегије за ублажавање токсичности На + (24 сата или дуже), на пример, транспортери јона као што су ХКТ (транспортер К са високим афинитетом) и НХКС (На + /Х + антипортери) porodice gena bi mogle da se regulišu da dalje sekvestriraju ili razdvajaju višak Na + u vakuoli sa višim citosolnim K + /Na + i da se odupru stresu soli u glikofitima [22, 23]. У соји, након третирања 24 сата или дуже, саднице су ушле у ново физиолошко стање са нижим брзинама фотосинтезе и стоматалном проводљивошћу, праћено накупљањем На + у листу које би могло бити штетно за биљке. Stoga, 24 sata može biti prekretnica u kojoj strategija odgovora na sol može početi da se menja u mnogim biljkama [24].

Под претјераним излагањем соли, коријени су први органи који откривају стрес и вјероватно ће претрпјети већа оштећења због своје ближе близине у односу на изданке [25, 26]. Kao rezultat toga, koreni primećuju rani osmotski stres i reaguju. Након тога, ове почетне реакције могу се пренијети на цијелу биљку [2]. Ово чини корење идеалним за пружање осетљиве мете за проучавање молекуларних механизама који леже у основи толеранције и адаптације биљне соли [27]. Kod drugih vrsta, do sada je urađeno nekoliko transkriptomskih studija u korenu koji reaguju na soli [24, 28, 29]. U korenu bermuda trave, korišćenjem dve sorte sa kontrastnim nivoom tolerancije na sol, izvršena je analiza transkriptoma nakon 7 dana stresa soli [30]. Међутим, транскриптомске студије у коренима бермудаграса које укључују рану реакцију соли на више временских тачака нису истражене. Узимајући у обзир ове временске динамичке промене при процени одговора биљке на фактор стреса могло би се добити систематичнија анализа у профилима експресије [25, 28, 29]. У овој студији смо истражили и упоредили репрограмирање експресије гена под краткотрајним стресом соли да бисмо истражили заједничке и ексклузивне обрасце одговора и експресионе везе гена за одговор на со у коренима бермудаграса. Идентификовани су неки кључни регулаторни путеви, породице гена и гени концентратори индуковани у раним фазама наметања соли. Ови резултати могли би дати преглед карте транскрипције одговора на рану со и пружити корисније информације за даље проучавање одговора соли на бермудаграс.


Апстрактан

Procenjuje se da ljudski genom sadrži stotine hiljada pojačivača, tako da je razumevanje ovih gen-regulatornih elemenata ključni cilj. Potrebno je odgovoriti na nekoliko osnovnih pitanja o pojačivačima, kao što su kako ih sve identifikujemo, kako funkcionišu i kako doprinose bolesti i evoluciji? Pet istaknutih istraživača u ovoj oblasti razmatra koliko već znamo i šta treba učiniti da bismo odgovorili na ova pitanja.

П Који су изазови у идентификовању свих појачивача и њихових функција?

Лен А. Пеннаццхио. Појачивачи су класично дефинисани као цис-деловање ДНК секвенци које могу повећати транскрипцију гена. Они генерално функционишу независно од оријентације и на различитим удаљеностима од циљног промотера (или промотера). Историјски гледано, идентификација појачивача показала се као изазов из неколико разлога 1. Прво, појачивачи су разбацани по 98% људског генома који не кодира протеине, што резултира великим простором за претраживање (милијарде базних парова ДНК). Друго, иако је познато да они регулишу гене у цис, њихова локација у односу на њихов циљни ген (или гене) је веома променљива: наиме, појачивачи се могу наћи узводно или низводно од гена, али и унутар интрона. Štaviše, oni ne deluju nužno na odgovarajući najbliži promoter, ali mogu zaobići susedne gene da bi regulisali gene koji se nalaze udaljenije duž hromozoma. У неким случајевима, откривено је да појединачни појачивачи регулишу више гена 2, додајући додатну сложеност њиховим функционалним напоменама. Treće, za razliku od dobro definisanog koda sekvence gena koji kodiraju proteine, opšti kod sekvence pojačivača, ako uopšte postoji, slabo je shvaćen. Према томе, појачивачи се не могу рачунски идентификовати само из ДНК секвенце са високим поуздањем. Konačno, aktivnost pojačivača može biti ograničena na određeno tkivo ili tip ćelije, vremensku tačku u životu ili na specifične fiziološke, patološke ili životne uslove. Dok ova dinamična priroda pojačivača omogućava njihovoj genomskoj funkciji da precizno odredi kada, gde i na kom nivou je svaki od naših gena izražen, to dodatno komplikuje otkrivanje i funkcionalnu belešku pojačivača u genomu.

Упркос овим изазовима, у протеклој деценији учињен је напор да се идентификују појачивачи на скали генома. У почетку је то олакшала упоредна геномика, у којој је откривено да су некодирајуће секвенце које су високо очуване између различитих врста кичмењака и сисара обогаћене за појачиваче, посебно оне који су активни у раном развоју 3,4. Zanimljivo je da je sistematsko testiranje stotina visoko konzerviranih humanih nekodirajućih DNK sekvenci u testovima reportera transgenih miševa otkrilo da je oko polovine pojačivača 4,5. Ово обогаћивање појачивачима је изненађујуће, јер су ове студије испитале само једну временску тачку развоја миша (наиме, ембрионални дан 11.5), а у принципу постоје бројне друге функције у некодираној ДНК које би могле узроковати очување секвенци. Ови налази сугеришу да су појачивачи главна категорија и да су вјероватно чак и доминантни тип функционалног елемента у некодирајућем дијелу генома.

Čak i sa uspehom komparativne genomike u identifikaciji pojačivača, samo očuvanje ima ograničenja. На пример, постоје стотине високо конзервираних геномских секвенци за које се не може доказати функција појачивача у трансгеним тестовима. То може бити због ограничења тренутно доступних тестова на одабране временске тачке развоја, али је такође могуће да су ове секвенце сачуване због важних функција које нису појачивачи. Штавише, чињеница да је секвенца очувана и стога може бити појачивач не даје никакве назнаке када и где би таква функција могла да се јави код људи. Kao dodatni izazov, nedavne studije podržavaju da značajan deo pojačivača pokazuje skromnu ili nikakvu konzervaciju među vrstama, čime se dodatno ograničava ovaj pristup zasnovan na evoluciji 6,7.

Неки од ових изазова могу се решити применом новије методе идентификације појачивача која користи напредак у високопропусном секвенцирању хистонских модификација и других епигеномских ознака директно из ћелијских линија или примарних ткива. Ovaj takozvani pristup 𠆌hIP–seq’ (za imunoprecipitaciju hromatina praćenu sekvenciranjem visoke propusnosti) pokazao se moćnim jer je nezavisan od očuvanja DNK i definiše kataloge pojačivača direktno iz ćelija ili tkiva proučavanih. Oznake koje se obično koriste za identifikaciju navodnih pojačivača uključuju p300 (ref. 8), histon H3 acetiliran na lizinu 27 (H3K27ac) 9 i H3 monometiliran na K4 (H3K4me1) 10 . Мапирање места са преосетљивом ДНазом И представља још један користан приступ 11. Svi ovi znakovi su se pokazali korisnim kod različitih vrsta sisara, sa antitelima na histonske oznake, kao i preosetljivošću na Dnazu I koja ima široku primenu u mnogim oblicima života eukariota. Pokazalo se da su ovi molekularni alati u velikoj meri korisni za identifikaciju pojačivača kroz njihovu eksperimentalnu validaciju korišćenjem vektora reportera pojačivača ili ин витро 10 или in vivo 8 .

Изузетан налаз из истраживања ткива и различитих ћелијских линија све је већи доказ огромног броја појачивача у нашем геному. Procenjuje se da stotine hiljada pojačivača postoje u ljudskom genomu 12,13,14, što je znatno više od našeg

20.000 gena koji kodiraju proteine. Ово запажање наставља да указује на важност регулисања експресије гена као примарног нивоа контроле генома и на крају функције организма.

Drugi nalaz iz ovih epigenomskih pristupa je koliko slabo očuvani pojačivači mogu biti u datom tkivu. Ово укључује примере појачивача идентификованих у јетреном ткиву на панелу кичмењака 6, као и појачивача откривених у ткивима срца и мишева 7 и људи 15. Ови рани налази указују на важност проучавања одређених ткива директно од врста које се истражују (то јест људи) у односу на покушаје да се користе стандардни животињски модели за извођење њиховог идентитета (то јест, мишеви). Очекује се да ће велике студије усмјерене на идентификацију појачивача, попут ЕНЦОДЕ 14, наставити да преусмјеравају фокус са животињских модела и хуманих ћелијских линија на примарна људска ткива на основу ових налаза.

Упркос великој вредности ове нове генерације експерименталних алата за откривање појачивача на скали генома, постоје и нека ограничења. На пример, тренутно не постоји јединствена ознака &#к02018енханцер &#к02019 која се може користити за идентификацију свих геномских региона који су појачивачи и која са сигурношћу предвиђа да ли је дати појачивач активан или неактиван у датом типу ћелије или ткиву. Sve do sada opisane metode predviđanja pojačivača, bilo da su zasnovane na konzervaciji ili epigenomici, su manje nego savršene, to jest, poređenje sa eksperimentalnim serijama validacije pokazuje da su neki regioni pojačivača propušteni (lažno negativni), a druge sekvence za koje se predviđa da su aktivni pojačivači ne mogu biti потврђен комплементарним методама (лажно позитивни). Сходно томе, користећи такве информације за праћење усмерено на гене, мора се водити рачуна да се потврди да су та предвиђања валидна пре него што се крене у опсежнија истраживања. Bez obzira na napredak koji je postignut, kompletno označavanje svih pojačivača u genomu epigenomskim pristupima ostaje zastrašujući zadatak zbog skoro beskrajnog broja tipova ćelija i uslova koje bi trebalo istražiti. Даљи напредак у попуњавању ове празнине потребан је у стратегијама идентификације појачивача веће продуктивности и јефтинијих, као и напредак у способности изолације и рада са мањим количинама уноса ткива (укључујући појединачне ћелије), као и паралелни развој ефикаснијег прорачунска предвиђања појачивача. Заиста, остаје много посла на глобалном идентификовању појачивача и на крају повезивању њихове функције са људском биологијом и болестима.

П Kako pojačivači reaguju sa svojim ciljevima u složenom trodimenzionalnom okruženju genoma?

Венди Бицкморе. Mislim da ovo pitanje treba da podelimo na dva dela. Prvi je � li pojačivači fizički komuniciraju sa svojim metama?’ I, ako je tako, onda možemo pitati ‘kako?’

Идеја да удаљени регулаторни елементи (појачивачи) могу обављати своју функцију петљом ДНК потекла је из студија бактеријских регулатора, као што је Есцхерицхиа цоли лац оператер. Dok ovi elementi rade na relativno kratkim (𼄀 bp) segmentima DNK i na nenukleozomskom šablonu, ovaj koncept je ekstrapoliran na pojačivače sisara, koji mogu biti locirani čak milion parova baza dalje od njihovih ciljnih gena i funkcioniše na složenom šablonu hromatina.

Dokazi za formiranje petlji između pojačivača dugog dometa i promotera dolaze uglavnom iz dva niza dokaza. Prvi je umrežavanje, formaldehidom, i naknadno spajanje zajedno sekvenci DNK pojačivača i promotera kao što je otkriveno u metodama tipa hvatanja konformacije hromozoma (3C). Druga je vizualizacija, fluorescencijom ин ситу hibridizacija (FISH), prostorne blizine pojačivača i promotorskih regiona u ćelijskom jezgru. У неким случајевима, оба ова теста заиста подржавају механизме петље који удаљавају цис-регулаторни елементи у врло блиску (&#к0003ц200 нм) близину својих циљних гена на начин ограничен на ткиво.

Међутим, у неким другим случајевима у којима се веродостојни регулаторни елементи могу ухватити унакрсним повезивањем са одговарајућим промотором гена, визуелни тестови не откривају значајну учесталост просторне ко-локализације између појачивача и промотора 16. То може бити зато што су хроматинске петље превише пролазне да би се откриле помоћу ФИСХ-а или зато што су 3Ц лигацијски производи успостављени посредним умрежавањем појачивача и промотера на релативно велике (300 &#к02013400 нм) нуклеарне подструктуре или супрамолекуларне комплексе. У овом другом случају, рекао бих да не постоји ДНК петља као таква која се формира између појачивача и промотора.

U slučajevima kada dolazi do petlje, kako se petlje formiraju? Генерално, претпоставка је да појачивач &#к02013промотерска петља служи за испоруку фактора (на пример, РНК полимеразе, трансактиватора и транскрипционих фактора) до промотера у правом ткиву и у право време. Пошто је хроматин веома велики флексибилан полимер, чија подразумевана конформација није низ структурираних петљи, морају постојати специфични механизми за стабилно формирање петље. Usmereno formiranje velikih petlji aktivnim savijanjem hromatina zahtevalo bi značajan unos energije, a mi ne znamo za aktivne mehanizme koji rade u međufazi koji to mogu da urade na tako velikim udaljenostima. Међутим, хроматин се континуирано подвргава ограниченој дифузији 17. Полупречник овог ограничења је довољно велик да се било које две секвенце унутар приближно 1 Мб једна од друге могу насумично наићи једна на другу у језгру. Ако постоје протеински комплекси везани за промотор и појачивач који имају афинитет један према другом, хроматинска петља се тада може стабилизовати овим пасивним механизмом. Протеини који би то могли да ураде укључују оне са доменима димеризације или олигомеризације и који су присутни и на промотору и на појачивачу. Најупечатљивија експериментална демонстрација овога и способности петљи да активирају транскрипцију долази од везивања ЛДБ1 на локусу &#к003б2-глобина у еритроидним ћелијама 18.

Формирање петље, која пореди секвенце повезане са вишеструком транскрипцијом, факторима који модификују хроматин и ремоделирају хроматин, повећаће локалну концентрацију ових фактора и на тај начин ће промовисати стварање даљњих комплекса протеина &#к02013 протеина и#к02013ДНА. Zaista, pokazalo se da je povećana lokalna koncentracija proteina ključni mehanizam kroz koji petlja utiče na represiju od strane лац represor 19 .

Шта је са ситуацијама у којима се ДНК петље између појачивача и генских мета не могу директно визуализовати у језгру? У неким од ових случајева, чини се да је интервентни хроматин у компактном стању тако да су појачивач и промотор још увек релативно близу један другом (200 &#к02013400 нм) 16. Високе концентрације транскрипционих фактора и протеинских комплекса нуклеарних везивањем појачивача могли би тада једноставно дифундирати кроз овај ограничени нуклеарни волумен да би пронашли и активирали транскрипцију из циљног промотера. Difuzija bi takođe mogla biti olakšana nespecifičnim vezivanjem za intervenišući hromatin, i zaista je ovaj tip skeniranja primećen za лац репресор in vivo 20. Примери протеина који скенирају хроматин између појачивача и промотера такође су пријављени код еукариота 21. Slično modelu skeniranja, model povezivanja predlaže da kompleksi hromatina sakupljeni na pojačivačima aktivno reorganizuju hromatin između pojačivača i promotera i podržan je dokazima za propagaciju histonskih modifikacija preko intervenišućeg hromatina 21 i aktivnošću sekvenci koje blokiraju pojačivač 22 .

Teže je zamisliti mehanizme skeniranja i povezivanja koji rade na pojačivačima koji se nalaze na stotinama hiljada parova baza daleko od njihovog ciljnog promotera, često sa intervenišućim genima koji ne reaguju na pojačivač. Niti postoji razlog da se misli da svi pojačivači funkcionišu kroz isti mehanizam. Zaista, primećene su komponente i jednodimenzionalne i trodimenzionalne difuzije za лац репресор у животу E. coli ћелије 20.

П Kako pojačivači dovode do ekspresije gena?

Ann Dean. Pojačivači su DNK-regulatorni elementi koji aktiviraju transkripciju gena ili gena na više nivoe nego što bi to bio slučaj u njihovom odsustvu. Ови елементи функционишу на даљину формирањем хроматинских петљи како би појачивач и циљани ген довели у близину 23. Smatra se da transkripcioni faktori koji se vezuju za lozu, vezani za promotere i pojačivače, ili interaguju jedan sa drugim ili regrutuju faktore ‘looping’ koji posreduju u kontaktima dugog dometa koji se detektuju hvatanjem konformacije hromozoma (3C) ili srodnim testovima . Недавни подаци такође сугеришу да протеини који вежу изолатор ЦТЦФ и кохезин могу олакшати појачивачке и#к02013 промотивне интеракције.

Како појачивачи утичу на транскрипцију? Profilisanje genoma je otkrilo da se opšti faktori transkripcije (GTF) i RNK polimeraza II (Pol II) regrutuju za pojačivače 24 . Stoga se čini da pojačivači služe kao centri za sklapanje preinicijacionog kompleksa (PIC). Формирање петље може повећати локалну концентрацију компоненти машина за транскрипцију у близини циљног гена, или појачивач може послужити за &#к02018 испоруку &#к02019 ПИЦ -а промотеру. Pojačivači mogu biti važni za nuklearno premeštanje para pojačivača i promotora u susedstvo koje je povoljno za transkripciju. Постоје докази за сваки од ових модела, али остају важна питања о механицистичким детаљима и о томе како би се модели могли међусобно повезати.

Tokom formiranja PIC-a, koaktivatorski kompleks Mediator premošćuje uzvodne aktivatore i Pol II. Može li se posrednik premostiti do aktivatora vezanih za pojačivače na velikim udaljenostima? Zaista, u embrionalnim matičnim ćelijama (ESC), medijatorske podjedinice (MED1 i MED12) ko-lokalizuju se sa kohezinom na pojačivačima i promoterima, a kohezin je neophodan za formiranje petlje između njih 25 . Druge studije su pokazale da MED1 stupa u interakciju sa GATA1 (ref. 26), ključnim faktorom transkripcije eritroida potrebnim za lokus kontrolni region (LCR) koji se povezuje sa β-globinskim genom 27, a ova dva zajedno zauzimaju LCR 28. Prema tome, Mediator može da koordinira signalizaciju pojačivača na transkripcionu mašineriju interakcijom sa transkripcionim faktorima vezanim za pojačivač i Pol II i služi kao čvorište za regulaciju transkripcije od strane udaljenih pojačivača. Друга компонента посредника, фактор 3 повезан са ТБП-ом (ТАФ3), директно интерагује са ЦТЦФ-ом и регрутован је на удаљене локације које деле ЦТЦФ и кохезин у ЕСЦ-има 29. Iako nije jasno da li su ova mesta verodostojni pojačivači, u najmanje jednom primeru, distalno mesto se vezuje za promoter na način zavisan od TAF3, a obaranje TAF3 ili CTCF smanjuje ekspresiju gena, što sugeriše da je petlja функционална.

Чини се да петље појачивача такође имају улогу у продужењу Пол ИИ. LCR i faktor petlje β-globina LIM-domen-vezivanje 1 (LDB1) su potrebni za pravilno oslobađanje Pol II od pauze unutar β-globinskog gena 30,31. Недавно је откривено да фактор продужења ЕЛЛ3 заузима појачиваче у ЕСЦ 32. Повезивање ЕЛЛ3 са појачивачима било је потребно за правилно заузимање Пол ИИ у развојно регулисаним генима. Утврђено је да су и кохезин и Медијатор повезани са многим појачивачима окупираним ЕЛЛ3 и кохезином посредованим дуготрајним интеракцијама појачивача заузетог ЕЛЛ3 у кластеру хомеобокса А (ХОКСА) lokus. Ове студије заједно показују да појачивачи могу утицати и на иницирање и продужење Пол ИИ путем директног учешћа компоненти машина за транскрипцију у петљи.

Drugi način na koji pojačivači mogu uticati na transkripciju svojih ciljnih gena je putem sopstvene transkripcije. Дуго година је познато да транскрипти смисла и антисенсе потичу од одређених појачивача, иако је функција транскрипата била нејасна. Да ли је РНК или транскрипција сама по себи важна или је транскрипција једноставно случајна са транскрипцијом петље гена? Sada su studije na nivou genoma otkrile da se pojačivači često transkribuju u nekodirajuće RNK različite dužine, statusa poliadenilacije i specifičnosti lanca 33,24,34. Осим тога, РНА појачивача (еРНА) су коришћене за идентификацију активних појачивача, што сугерише да је транскрипција појачивача део процеса активације појачивача 35. Transkripcija eRNK je u korelaciji sa sintezom mRNK na obližnjim genima, što ukazuje na učešće u regulaciji transkripcije 33,34. Чини се мало вероватним да је транскрипција нуспродукт активације циљног гена, будући да је обарање подскупа еРНА резултирало смањеном транскрипцијом гена 34. Ово сугерише да је за појачавање ефекта потребна сама РНК, а не само транскрипција некодирајућег гена РНК (нцРНА). Интригантна могућност је да еРНК могу имати структурну улогу у успостављању или стабилизацији промоторских петљи појачивача. У ствари, нови подаци подржавају ову идеју 36. Ипак, у овом тренутку, функција појачивача нцРНА захтева значајна даља проучавања и валидације.

Nedavne studije dokumentuju petlju interakcije između pojačivača i promotera na nivou genoma. Sveobuhvatno mapiranje dugoročnih interakcija povezanih sa RNA Pol II u različitim tipovima ćelija sugeriše strukturni okvir kompleksa više gena koji uključuje bliske interakcije pojačivača–promotora da bi se postigle funkcije specifične za ćeliju 37 . Друге студије документовале су значајно преклапање заузетости ЦТЦФ-а са појачивачима 38,39, што је у складу са налазом да су се места специфична за ткиво ЦТЦФ-а значајно локализовала са појачивачима (50%) у ЕСЦ-има 12. Ove studije o petlji pojačivača u celom genomu povezane su sa eRNK u izveštaju koji ukazuje na značajnu korelaciju između ekspresije gena, petlje promotora–pojačivača i transkripcije pojačivača 39 . Слика која се појављује је ансамбл интеракција појачивача и гена који одређују одређени ћелијски транскриптом.

Како су организовани ти комплекси више гена? Bliska aproksimacija parova aktivnih pojačivača–gena i slično regulisanih gena dobro se uklapa u koncept fabrika transkripcije koje su fokusne koncentracije RNK Pol II. Već je poznato da koordinirano regulisani geni α- i β-globina zauzimaju istu fabriku mnogo češće nego različite 40 . Чини се да је ово сада појава која се може генерализовати. Može li se povući veza između prebivališta u fabrici transkripcije i petlji između pojačivača i promotera? Енханцер петље могу послужити за испоруку активираног гена у фабрику транскрипције. U odsustvu LCR-a ili nakon smanjenja faktora petlje LDB1, lokusi β-globina ne uspevaju da migriraju u fabrike, što implicira formiranje petlje pojačivača kao preduslov 41,31. Međutim, mogu se zamisliti i drugi scenariji, a ovo pitanje ostaje da se rigorozno pozabavi.

Будући рад може проширити перспективу, међутим, до сада се механички увиди у то како појачивачи доводе до изражаја гена позивају на петље. У неким случајевима, петља може директно укључити компоненте механизма за транскрипцију. Štaviše, na petlju može uticati transkripcija pojačivača. Коначно, појачивач петље на нивоу генома може организовати активне регионе генома и може одредити судбину одређених гена за творнице транскрипције. Да ли је петља појачивача довољна за активацију гена? Forsiranje petlje pojačivača–gena u odsustvu normalnih regulatora transkripcije u lokusu β-globina bilo je dovoljno da se transkripcija aktivira barem delimično, podržavajući ideju da petlja pojačivača uzročno leži u osnovi promene transkripcije 18 . Интригантно је питање како се петља односи на пребивалиште фабрике преписивања. Jednoćelijska tehnologija za određivanje učestalosti interakcije između mesta u hromatinu, uporediva sa rezolucijom dobijenom korišćenjem FISH-a, predstavljala bi značajan napredak. Друге хитне потребе у будућности су да се на непристрасан начин утврде протеини који стоје у основи организације нуклеарног појачивача и промотивне петље и да се открије како кретање у језгру наређује пејзаж за експресију гена.

П Како мутације и варијанте појачивача утичу на људску болест?

Марцело А. Нобрега. Око 85% људске ДНК под еволуционим ограничењима одговара секвенцама које не кодирају протеине 42, од којих велики део чини цис-регулативни елементи. Stoga nije iznenađujuće da genetske varijacije unutar ovih regulatornih sekvenci imaju potencijal da dovedu do fenotipskih varijacija i da su u osnovi etiologije ljudskih bolesti. Рани примери измењене регулације гена као механизма људских болести појавили су се пре више од три деценије, показујући да транслокације у кластеру гена &#к003б2-глобин резултирају таласемијама. У одсуству мутација у генима глобина, болест је настала као последица поремећаја у линеарном односу између гена глобина и њихових удаљених цис-regulatorni elementi 43 .

Tokom protekle decenije, napori na genomskom sekvenciranju potvrdili su ova predviđanja i omogućili bolje razumevanje rasprostranjenosti mutacija u udaljenim цис-регулативни елементи &#к02014 од којих је велика већина појачивачи &#к02014 у основи људских болести 44. Slika koja je postepeno proizašla iz ovih studija je da regulatorne mutacije dovode do mendelskih i složenih osobina bolesti, da se njihovi frekvencijski spektri kreću od retkih do uobičajenih i da se njihovi fenotipski efekti kreću od malih do velikih. Međutim, funkcionalna karakterizacija navodnih regulatornih mutacija koje izazivaju bolest ostaje važan izazov, a većina mehaničkih demonstracija pribegava eksperimentalnim strategijama koje uključuju velike količine rada, troškova i vremena.

Генетске варијације у удаљеним појачивачима повезане су са неколико менделских поремећаја код људи. У раној демонстрацији овога, мутације у појачивачу који контролише експресију звучног јежа (СХХ) od megabaze dalje pokazalo se da rezultira preaksijalnom polidaktilijom u porodicama. Овај фенотип се дели са пацијентима који носе хромозомску транслокацију која уклања овај појачивач из опште близине СХХ 45 . Међутим, фенотипски утицај мутација на појачиваче може значајно да се разликује од утицаја мутација које кодирају протеине, чак и ако су обе повезане са истим геном. Mutacije u pojačivačima su uglavnom ograničene na цис ефекти на транскрипцију, док они у секвенцама које кодирају протеине могу променити шире аспекте експресије гена, као што су обрада и стабилност РНК, савијање протеина итд. 46.

Druga centralna razlika između uticaja kodirajućih i nekodirajućih mutacija odnosi se na modularnost udaljenih pojačivača: svaki pojačivač gena je odgovoran za podskup kvantitativne, vremenske i prostorne ekspresije tog odgovarajućeg gena. Као пример, кодирање мутација у ТБКС5 — gen uključen u razvoj srca i prednjih ekstremiteta — rezultira Holt–Oramovim sindromom, koji se karakteriše malformacijama srca i prednjih ekstremiteta. Смемо ет ал. 47 показало је да појачивачи који регулишу срчану експресију TBX5 не регулишу развој екстремитета и да мутације у овим појачивачима резултирају срчаним, али не и малформацијама удова, ефикасно раздвајајући срчани &#к02013фенотип удова обично повезан са ТБКС5 кодирање мутација.

Док већина регулаторних мутација које доводе до болести које су до сада окарактерисане ометају већ постојеће појачиваче, мутације повећања функције такође ће вероватно учествовати у процесима болести. De Gobbi ет ал. 48 је показало како некодирајућа варијанта која се одваја код Меланежана у иначе нефункционалном, анонимном делу ДНК случајно ствара функционалну цис-регулаторна секвенца, што доводи до лажне активације гена &#к003б1-глобина и последичног почетка &#к003б1-таласемије код погођених појединаца. Према томе, мутацијски простор некодирајућих секвенци, за које се већ процењује да су много већи од простора кодних секвенци, вероватно ће бити потцењивање праве бројке.

Модуларност појачивача и њихова функционална подјела имплицирају да ће регулаторне мутације често имати мањи терет за фитнес од кодирајућих мутација и да могу досећи високу учесталост у популацијама. Као увод у разумевање како уобичајене варијације у дисталним појачивачима могу бити у основи генетске архитектуре неколико сложених особина и болести код људи, Емисон ет ал. 49 je pokazalo da uobičajene mutacije u introničnom pojačivaču RET повећати ризик од Хирсцхспрунгове болести, која је мултифакторски поремећај. Појава студија асоцијација на нивоу генома (ГВАС) касније је потврдила ово предвиђање, а тренутна процена је да до 85% ГВАС локуса има некодирајуће варијанте као вероватну узрочну везу за оцењену особину 44. Ove regulatorne varijante često dostižu visoku učestalost u populacijama i predviđa se da utiču na rizik od bolesti kroz male fenotipske efekte, u suprotnosti sa Mendelovim varijantama velikog efekta o kojima je gore diskutovano.

Прецизна идентификација регулаторних варијанти које изазивају болести унутар ГВАС локуса остаје важан изазов, посебно у смислу експерименталне валидације претпостављених функционалних ефеката ових варијанти. Ипак, бројне регулаторне варијанте у појачивачима које су произашле из ГВАС хитова функционално су окарактерисане, а из ових студија произашло је неколико увида. Прво, иста варијанта може имати утицај на ризик од више од једне болести 50,51. Друго, откривени су или потврђени нови механизми болести, попут измењеног одговора на инфламаторну сигнализацију која је у основи ризика од коронарне артеријске болести 52. Треће, откривање физиолошког утицаја регулаторних варијанти често ће захтевати употребу одговарајућих ћелијских линија и/или животињских модела, како је илустровао Мусунуру ет ал. 53. Konačno, detaljna karakterizacija genetskog ili signalnog puta povezanog sa bolešću može preorijentisati metu biološkog istraživanja. Kao primer, udruženje TCF7L2 до дијабетеса типа 2 (Т2Д) резултирао је великим напорима да се функционално рашчлани механизам за ову повезаност у ћелијама панкреаса &#к003б2. Међутим, недавни подаци указују на то да не-панкреасна дејства ТЦФ7Л2 могу заправо бити у основи повећаног ризика од болести за Т2Д 54 &#к0201356.

Остаје да се реше јасни изазови како у идентификацији регулаторних варијанти које доприносе људским болестима, тако и у експерименталном испитивању утицаја ових варијанти на биолошке процесе. Nove tehnologije koje efikasno testiraju funkcionalne varijante, otkrivajući njihov biološki uticaj u velikoj propusnosti, biće neophodne da zamene dosadašnje eksperimentalne strategije koje su mukotrpne i niske propusnosti. Екстраполација појма оптерећења мутацијом и агрегатне анализе која се користи у секвенцирању егзома на регулаторне елементе показаће се као тежак задатак, а ипак је вероватно да ће генетска архитектура неколико уобичајених болести укључивати различите регулаторне мутације у више појачивача унутар појединца.

Konačno, skoro isključivi fokus regulatornih mutacija na distalne pojačivače odražava našu nesposobnost da funkcionalno analiziramo druge tipove regulatornih elemenata u genomu. Ipak, druge klase regulatornih elemenata, kao što su izolatori, represori i regioni vezivanja matriksa, su u izobilju u ljudskom genomu i skoro sigurno imaju svoju funkciju modifikovanu retkim i uobičajenim genetskim varijantama.Развој нових експерименталних тестова за испитивање ових елемената и њихових наводних алелних варијанти допринеће откривању генетских механизама неколико људских болести које имају своје варијанте молекуларне базе на дисталном цис-regulatorne sekvence.

П Koliko su promene u pojačivačima važne za evoluciju?

Гилл Бејерано. Савремене технологије вођене секвенцирањем следеће генерације, као што је ЦхИП &#к02013сек, које откривају сву геномску ДНК у одређеном функционалном стању, пружају снажне снимке регулације гена на делу. Видимо велике количине отвореног хроматина, динамичке домене хистонских модификација и хиљаде везивних места за буквално било који фактор транскрипције и ко-фактор под било којим условима 14. Koliko ovih biohemijskih događaja koje posmatramo zaista doprinose regulaciji gena je otvoreno pitanje. Колико је ових &#к02018маттер &#к02019 (то јест, утиче на фитнес) још је теже одговорити. Имајући у виду ова упозорења, и даље је сигурно претпоставити да је најмање 5 &#к0201310 пута више кодова људског генома за регулаторне функције гена (10 &#к0201320%) колико је посвећено кодирању самих транскрипата. Начин на који је овај пејзаж тачно подељен између појачивача и других региона за регулацију гена, као што су репресори и изолатори, и заиста колико ових елемената има више улога у различитим ћелијским условима тек почиње да се развија. Докази које имамо сугеришу да велики део регулаторних региона гена може деловати као појачивач 4,5. Захваљујући томе што заузимају толико пејзажа генома, појачивачи пружају велики потенцијални циљ еволуције.

Еволуција генома је вођена мутацијом и селекцијом. Prilagodljiva genomska mutacija može se zadržati poboljšanjem kondicije u najmanje jednom kontekstu u kojem se lokus koristi, a da pritom ne remeti previše funkciju u bilo kom drugom kontekstu njegove upotrebe. Većina ljudskih gena se eksprimuje u više ćelija i tkiva u različito vreme. Мутација секвенце гена може пореметити организам у свим контекстима у којима се користи транскрипт, повећавајући вероватноћу штетног ефекта. Домен експресије гена је, међутим, често збир улаза из више појачивача (и других цис-регулативни елементи), сваки активан само у подскупу контекста (на пример, реф. 47). Тако мутација појачивача може утицати на мањи подскуп функционалних контекста. Ako se desi da je to korisno u jednom kontekstu, ima manje drugih konteksta sa kojima se treba pomiriti. Ова модуларност чини појачиваче још вероватнијом сточном храном за еволуцију 57. Уоквирено све већим интересовањем за њих, још увек постоји низ фасцинантних фундаменталних питања која треба решити на бројним нивоима о доприносу појачивача еволуцији.

Да бисмо разумели механизме помоћу којих појачивачи могу допринети еволуцији, добра полазна тачка је постављање питања &#к02018како су појачивачи &#к0201цборн &#к0201д? &#Кс02019 Упркос узбудљивим корацима у одређивању биохемијских својстава појачивача, ми и даље недостаје дубоко разумевање логике појачивача. Na primer, ne znamo koliko mali ili jednostavni pojačivači mogu biti pri svom rođenju. Неколико појачивача који су детаљно проучени повезани су вишеструким факторима транскрипције на десетине база 58. Takođe vidimo brojne koregulisane grupe gena u više konteksta, ali naše razumevanje logike pojačivača i genskih mreža nije dovoljno duboko da bismo znali koliko pojačivači koji pokreću ove grupe gena moraju biti ograničeni sekvencom. Што смо сложенији и ограниченији претпостављамо да појачивач мора допринети фитнесу, мања је вероватноћа да ће доћи до функционалних појачивача де ново u DNK koja se neutralno razvija. Duplikacija i divergencija već postojećih pojačivača, uključujući u kontekstu umnožavanja gena, je privlačan model. Изненађујуће је, међутим, да већина очуваних неегзоничних геномских локуса очуваних од људи не показује такве хомологије 59. Бриттен и Давидсон 60 предложили су примамљив алтернативни сценарио: разбацивањем хиљада и милиона дугих делова готово идентичних &#к02018 понављања &#к02019 по целом геному, мобилни елементи могу увелико повећати вероватноћу да ће делови фракције секвенци мутирати у појачиваче сличних логику и домене изражавања поред претходно функционално неповезаних гена. Више група направило је значајан напредак у пружању доказа за ову хипотезу, али преваленција овог начина еволуције генске мреже остаје непозната 61.

Preko milion nekodirajućih genomskih lokusa, od kojih se skoro petina značajno preklapaju sa mobilnim elementima, evoluira pod pročišćavajućom selekcijom u ljudskom genomu 62 . Експерименти сугеришу да је већина вероватно појачивача и сродних регулаторних компоненти гена 4,5. Oni sporo mutiraju 62 i retko se brišu 63 (ali pogledajte izuzetke 64 ispod). Неки људски појачивачи су запањујуће стари 65,66 година. Ovaj način evolucije pojačivača pruža najjači argument za doprinos pojačivača evoluciji ljudskog fenotipa.

Više istraživača, previše da bi ih mogli pojedinačno referencirati, doprineli su studijama lokusa gde modifikacije pojačivača verovatno pokreću evoluciju specifičnih fenotipova. Занимљиво је да ове студије обухватају билатеријанце који се крећу од инсеката до људи, као и више облика мутације појачивача, укључујући супституцију и брисање базних парова 57,67,68. Они укључују: мутације у врстама инсеката које су покретале Дросопхила спп. pigmentacija tela i krila i formiranje trihoma larve, i lezije pojačivača oblikovanja krila leptira koje dovode do gubitka karlične peraje u populaciji riba, gubitak pojačivača povezanih sa gubitkom vibrisa i bodlji penisa specifičnim za ljude i sa ekspanzijom mozga i mutacijama specifičnim za ljude koje menjaju ekspresiju домен појачивача у близини важних развојних гена. Regulatorne mutacije takođe verovatno leže u osnovi mnogih adaptacija specifičnih za ljudsku populaciju, kao što je perzistentnost laktaze 69 .

Колико је еволуција кроз промене појачивача распрострањена вероватно упоређена са другим механизмима? Охно 70 је спекулисао да је главна покретачка снага у молекуларној еволуцији дуплирање гена. U literaturi dominiraju razlike u broju kopija gena: na primer, lista proučavanih razlika između ljudi i šimpanzi 71 . Али они доминирају на основу пристрасности у утврђивању. King i Vilson 72 su verovatno zgrabili bika za rogove. Velika većina nukleotidnih razlika između bilo koja dva čoveka, ili između ljudi i srodnih vrsta, nisu kodirane. Већина њих је вероватно неутрална или скоро неутрална. Ali koji deo mutacija koje dovode do promene fenotipa je regulatorni gen?

Студије генетских варијанти које леже у основи уобичајених болести пружају увиде који помажу у решавању овог питања. Донедавно смо очекивали да ће се кодирати готово све геномске мутације које доводе до болести људи. Sada kada možemo agnostički da analiziramo genom za varijante povezane sa bolestima, vidimo da preko 80% polimorfizama jednog nukleotida (SNP) povezanih sa GWAS ne kodiraju 44 (sličan deo našoj proceni regulatorne sekvence u odnosu na sekvencu kodiranja u genom) kao i rastuća lista pojedinačnih regulatornih lokusa koji doprinose bolesti kod ljudi 43 . Болест и адаптација су две стране истог молекуларног новчића. Студија вишеструке популације генома о адаптацији морске према слатководној риби код риба штапића проналази сличан расцеп: преко 80% локуса који носе геномска обележја адаптивне еволуције вероватно су регулаторни 73.

Kako da povećamo naše razumevanje doprinosa pojačivača evoluciji fenotipa? Pošto ih ima toliko mnogo, jer nekoliko njih može doprineti bilo kom pojedinačnom obrascu ekspresije gena i uglavnom zato što slabo razumemo njihovu logiku, funkcije pojačivača je teže odrediti 74 . Tehnologija i eksperimentisanje će i dalje imati glavnu ulogu u našem rastućem razumevanju pojačivača. Али и простор свих држава које геном организма регулише и број играча укључених у његову регулацију су толико велики да их чак и највећи пројекти засновани на конзорцијуму могу откинути само у догледној будућности. Sa toliko funkcionalnih skupova podataka i toliko genoma ljudi i srodnih vrsta koji postaju dostupni 75, ovo je divna prilika za mlade istraživače da ostave svoj trag u dešifrovanju logike i tajni evolucije pojačivača i odnosa genotip-fenotip. Jer potop podataka će biti najvredniji kada se pretvori u uvid u pravu poplavu, a to je sam život.

Коначно, важно је подсјетити да су појачивачи само најшире анализирани цис-регулативни елементи. Потискивање експресије гена и подела генома посредована изолаторима вероватно су такође важни доприноси регулацији гена и његовој еволуцији. Ovo bogatstvo gen-regulatornih funkcija, broj elemenata u genomu koji ih kodira i stepen u kojem oni doprinose evoluciji osiguravaju da će regulacija gena ostati uzbudljivo polje u godinama koje dolaze.

Сарадници

Лен А. Пеннаццхио је виши научни сарадник у одељењу за геномику у Националној лабораторији Лавренце Беркелеи (ЛБНЛ), Беркелеи, Цалифорниа, УСА, и заменик директора америчког Министарства енергетике (ДОЕ) &#к02019с Јоинт Геноме Институте, Валнут Цреек, Цалифорниа , САД. Ima veliko iskustvo u genetici i genomici sisara, kao iu tehnologijama sekvenciranja DNK i njihovoj primeni u rešavanju otvorenih pitanja u medicinskom i energetskom sektoru. Doktorirao je. 1998. са Одсјека за генетику на Универзитету Станфорд, Калифорнија, САД, а свој постдокторски рад обављао је као истакнути сарадник Александра Холлаендера на ЛБНЛ -у. Написао је преко 100 рецензираних публикација, а 2007. је од Беле куће примио Председничку награду за рану каријеру научника и инжењера (ПЕЦАСЕ) за свој допринос пројекту хуманог генома и разумевање регулације гена сисара in vivo.

Венди Бицкморе је шеф Одсека за хромозоме и експресију гена у Јединици за хуману генетику Британског савета за медицинска истраживања (МРЦ), Института за генетику и молекуларну медицину (ИГММ), на Универзитету у Единбургу, УК. Njena nauka se zasniva na principu da geni ne funkcionišu izolovano od svog hromozomskog i nuklearnog konteksta. Она је била пионир у истраживању просторне и временске организације генома сисара и импликација тога на регулацију гена. Njeni eksperimentalni pristupi kombinuju biologiju ćelije, posebno fluorescentnu mikroskopiju, sa genomikom, genetikom i biohemijom.

Анн Деан је шеф Одељења за регулацију гена Лабораторије за ћелијску и развојну биологију, америчког Националног института за дијабетес и дигестивне и бубрежне болести (НИДДК), при америчком Националном институту за здравље, Бетхесда, Мериленд, САД. Njen rad je usmeren ka razumevanju kako distalni regulatorni elementi, kao što su pojačivači, izolatori i prigušivači, kontrolišu ekspresiju gena tokom razvoja i diferencijacije. Posebno se fokusirala na to kako se struktura hromatina modifikuje ovim elementima. Њен тренутни рад је на дешифровању састава и функције протеинских комплекса који су у основи дугорочних регулаторних интеракција у геному код сисара. Ради у неколико уредничких одбора и рецензент је бројних других часописа. Рад у њеној лабораторији подржан је од Интрамуралног програма НИДДК -а.

Марцело А. Нобрега је ванредни професор хумане генетике на Универзитету у Чикагу, Иллиноис, САД. Njegova naučna interesovanja obuhvataju funkcionalnu karakterizaciju nekodirajućih sekvenci u ljudskom genomu. Kao član ENCODE konzorcijuma, njegova laboratorija je razvila tehnologije koje su pomogle u identifikaciji tkivno specifičnih, udaljenih pojačivača i demonstraciji mehanizama pomoću kojih genetske varijante povezane sa bolestima unutar ovih pojačivača povećavaju rizik od složenih bolesti kao što su rak prostate, dijabetes i kardiovaskularnih bolesti. Njegovo trenutno istraživanje je usmereno na funkcionalnu anotaciju drugih kategorija DNK koje ne kodiraju proteine ​​— kao što su izolatori, represori i oni koji kodiraju dugačke nekodirajuće RNK — i njihov uticaj na fenotipske varijacije i bolesti.

Gill Bejerano, pomoćnik profesora razvojne biologije i računarskih nauka na Univerzitetu Stanford, Kalifornija, SAD, otkrio je ultrakonzervaciju 2003. dok je grupisao ljudsku nekodirajuću DNK u porodice. Takođe je proučavao koopciju mobilnih elemenata i nekodirajuću evoluciju genoma. Његова лабораторија проучава регулацију људских гена. Njihove napomene SJAJNOG alata koje se široko koriste цис-регулативни скупови података за функцију, а њихов недавни извор ПРИСМ предвиђа нове функције транскрипционих фактора. Oni proučavaju razvoj tkiva i posebno su zainteresovani za placentu i neokorteks. Открили су прве појачиваче сачуване између деутеростома и протостома, радили на регулаторним елементима који јединствено недостају код људи и тренутно проучавају личне гене. Laboratorija je takođe nedavno razvila novi pristup 𠆏orward genomics’ za povezivanje genoma i evolucije osobina.