Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Короткие ретропозоны млекопитающих, родственные аланиновой тРНК и 5S рРНК
ВАК РФ 03.00.03, Молекулярная биология
Автореферат диссертации по теме "Короткие ретропозоны млекопитающих, родственные аланиновой тРНК и 5S рРНК"
ООЗ165318
На правах рукописи
ГОГОЛЕВСКИЙ Константин Петрович
Короткие ретропозоны млекопитающих, родственные аланиновой тРНК и 58 рРНК
специальность 03 00 03 - молекулярная биология
АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук
Москва - 2008
1 3 МАР 2008
003165318
Работа выполнена в Лаборатории эволюции геномов эукариот Учреждения Российской академии наук Института молекулярной биологии им В А Энгельгардта
НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ:
Доктор биологических наук, профессор Д.А. Крамеров
ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:
Доктор биологических наук, профессор Н.А. Чуриков Кандидат биологических наук, С.К. Семенова ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ:
Институт физико-химической биологии им А Н Белозерского МГУ Защита диссертации состоится « »___ 2008 г в //°°ч
на заседании диссертационного совета Д 002 235 01 при Институте молекулярной биологии им В А Энгельгардта РАН по адресу 119991, Москва, ул Вавилова, д 32
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института молекулярной биологии им В А Энгельгардта РАН
Автореферат разослан
Ученый секретарь
.рицын
Актуальность проблемы
Несмотря на интенсивные исследования, мобильные генетические элементы остаются одной из наиболее загадочных составных частей геномов эукариот Если одни из них (автономные) кодируют белки необходимые для проявления их мобильности, то другие (неавтономные) - не кодируют каких-либо полипептидов и их мобильность полностью зависит от автономных генетических элементов К неавтономным элементам относятся так называемые SINE (Short Interspersed Elements), или короткие ретропозоны, представляющие собой рассеянные по геному повторяющиеся последовательности ДНК длиной от 80 до 400 п н Мобильность этих элементов заключается в их способности к амплификации, приводящей к постепенному увеличению числа их копий в геноме в ходе эволюции Этот процесс называется ретропозицией и включает в себя обратную транскрипцию РНК SINE Для ретропозиции SINE используют обратную транскриптазу, закодированную в одном из видов длинных ретропозонов, или LINE (Long Interspersed Elements), относящихся к автономным мобильным элементам Таким образом, к настоящему времени в общих чертах установлены механизмы размножения SINE В то же время многие вопросы, связанные с путями и механизмами эволюции SINE, а также с их ролью в эволюции геномов и самих биологических видов, остаются малоизученными
В геномах млекопитающих одного ввда имеется от двух до пяти семейств коротких ретропозонов, каждое из которых содержит десятки или сотни тысяч копий, чьи нуклеотидные последовательности обычно обладают 65-90%-ным сходством SINE транскрибируются РНК-полимеразой 111, благодаря наличию в 5' -концевой части промотора РНК-полимеразы III, состоящего из двух боксов (А и В), которые разделены последовательностью длиной 30-40 п н Большинство SINE млекопитающих на своем V-конце содержат вариабельную А-богатую последовательность (хвост), что служит свидетельством ретропозиции таких SINE с участием обратной транскриптазы длинного ретропозрна LI
Первыми описанными SINE были В1 грызунов и Alu приматов (Kramerov et al 1979, Krayev et al 1980, Demmger et al 1981, Hayn es et al 1981) Эти элементы ведут происхождение от цитоплазматической 7SL РНК, имеющей длину 300 нукпеотидов и входящей в состав рибонуклеопротеицных частиц SRP (signal recognition particles) Позднее были открыты еще два класса SINE, чье происхождение связано с другими РНК, синтезирующимися РНК-полимеразой 1П Один из них включает несколько семейств SINE рыб, произошедших из 5S рРНК (Kapitonov & Jurka 2003, Nishihara et al 2006) Другой, наиболее распространенный класс объединяет SINE, ведущие свое
происхождение от молекул тРНК их нуклеотидные последовательности обладают определенным сходством с тем или иным видом тРНК
Уже давно в геноме крысы был обнаружен SINE, названный ID (Sutcliffe et al 1982), обладающий выраженным сходством последовательности с аланиновой тРНКссг (Russo et al 1986) ID имеет длину около 100 пни представлен в геноме крысы, по крайней мере, 120 тыс копиями Его также выявляли в геномах мыши, хомяков и морской свинки, но в значительно меньшем числе копий (Sapienza & St-Jacques 1986, Kim ci a1 1994) Путем гибридизации с ID в мозгу крысы была обнаружена РНК, длинной 160 н, названная ВС1 (brain cytoplasmic) (Sutcliffe et al 1984) Клонирование и секвенирование ДНК комплементарной этой РНК показало значительное сходство ее нуклеотидной последовательности с консенсусом ID-элемента (DeChiara & Brosius 1987) Оказалось, что ВС1 транскрибируется РНК-полимеразой III с гена, который по сути, является одной из копий ID По-видимому, ВС 1 РНК участвует в регуляции трансляции мРНК в дендритах нейронов (Wang et al 2005) С другой стороны, ген ВС1 РНК стал источником распространения (master gene) новых копий Ш в геномах грызунов (Kim et al 1994)
Грызуны (Rodentia) образуют самый обширный отряд млекопитающих, состоящий по крайней мере из 30 семейств (Hartenberger 1985, Павлинов 2003) Если ID сравнительно хорошо исследованы у мышей, крыс, хомяков и морской свинки (Kim et al 1994), то он остается очень мало изученным в геномах других грызунов Помимо собственно ID-элементов описаны три сложно-устроенных SINE, содержащих ID-последовательность MEN из пальмовой белки (Serdobova & Kramerov 1998), Bl-dID из белок и сонь (Kramerov & Vassetzky 2001), а также В4 (или RSINE1) из мыши (Lee et al 1998) Однако до сих пор не ясно, на сколько широко распространен ID-элемент, т е характерен ли он для всех многочисленных семейств грызунов и встречается ли он у других млекопитающих
Цели и задачи исследования
Исходной пенью данной работы было выяснение распространенности среди млекопитающих SINE, ведущих свое происхождение от аланиновой tPHKC(jc, в первую очередь ID-элемента Особое внимание предполагалось уделить вопросу о том, характерны ли эти элементы для всего о гряда грызунов Планировалось клонирование, секвенирование ID-элементов из геномов грызунов различных семейств с целью изучения их разнообразия и эволюции В ходе этой работы был обнаружен SINE, содержащий помимо ID два участка, ведущих происхождение от LINE Bov-B В связи с этим возникла задача исследования распространенности у млекопитающих Bov-B-родственных SINE
Проводя эти исследования, мы обнаружили у одного из грызунов SINE, содержащий, помимо участков Bov-B, последовательность, родственную 5S рРНК Это привело нас к поиску и анализу других 5S рРНК-родственных SINE у млекопитающих Финальным этапом работы стало построение схем возможных путей эволюции, исследованных нами SINE
Научная новнзна и практическая значимость работы
Впервые проведено крупномасштабное исследование распространенности ID-элемента среди млекопитающих и показано, что этот SINE детектируется у всех 21 исследованных семейств грызунов Оценено число копий ID-элемента в геномах грызунов различных видов, которое варьировало от 25 тыс до 500 тыс Описан целый ряд сложных ID-содержащих SINE Хотя большинство из них содержало В1-мономер, в геномах грызунов надотряда Geomyoidea вместо него обнаруживался мономер (Geo), неизвестной природы
В геноме африканского грызуна капского долгонога (Pcdetes capensis) обнаружены два необычных семейства SINE Элементы первого из семейств состояли из ID-родственной последовательности, расположенной на 5'-конце, и последовательности, гомологичной двум небольшим участками LINE Bov-B (один из этих участков расположен в 5'-концевом районе Bov-B, тогда как другой находился на самом 3'-конце Bov-B) SINE второго семейства имели сходную структуру, но вместо ГО в них присутствовал район, родственный 5 S рРНК Нами также обнаружено, что аналогичную последовательность, состоящую из двух участков, произошедших из Bov-B, имеет ранее описанный другими авторами (Nikaido et al 2003) AfroSINE, который свойственен млекопитающим надотряда Afrothena (слоны, даманы, сирены, трубкозубы, прыгунчики, тенреки и златокроты) Изучив таксономическое распределение Bov-B и Bov-B-родственных SINE, мы выдвинули гипотезу о том, что долгоног приобрел LINE Bov-B от одного из представителей древних Afrothena в результате горизонтального переноса, в то время как SINE Pedetes capcnsis и AfroSINE возникли в долгоноге и в Afrothena независимо друг от друга
Впервые проведен скрининг геномов млекопитающих на присутствие 5S рРНК-родственных SINE По-видимому, такие SINE редко встречаются в пределах этого класса позвоночных, однако нам удалось выделить два их семейства из геномов крыланов (Megachiroptera) Показано, что эти SINE не свойственны друшм рукокрылым (Microchiroptera)
Впервые проведен анализ возможных путей эволюции SINE, ведущих свое происхождение от тРНКМа<сс,с\ 5S рРНК и LINE Bov-B у млекопитающих
Апробация работы
Результаты работы были представлены на Международной Конференции «Генетика в России и в мире» (Москва, 28 июня - 2 июля 2006 г), а также на ежегодных научных конференциях аспирантов ИМБ РАН (2006 и 2007г )
Публикации
По материалам диссертации опубликованы 4 печатные работы, из них 3 статьи Структура и объем диссертации Диссертация изложена на страницах, содержит рисунков и
таблиц Работа включает следующие разделы введение, обзор литературы, материалы и методы, результаты, обсуждение результатов, заключение, выводы, список цитированной литературы, включающим источников и приложение
Результаты
Ю-элеиент - тРНКЛл*-/х>с)стве;/ньш SINE грызунов
Хотя ID-элемент был изучен у мыши, крысы, золотистого хомячка и морской свинки (Kim el al 1994), систематическое изучение его структуры и распространения не проводилось Таким образом, задачами данной работы стали проверить, характерен ли этот SINE для всего отряда грызунов и имеется ли он у других млекопитающих, а также изучить его структуру у представителей отдельных семейств грызунов
С этой целью была проведена дот-гибиридизация ДНК представителей различных семейств грызунов и других отрядов млекопитающих, а также нескольких видов рептилий, птиц и амфибий с ID-зондом мыши
Как видно из рисунка I последовательности, гомологичные ID-элементу, есть в геномах всех грызунов, протестированных в этом опыте, но они не детектируются у других позвоночных, из чего следует, что распространение ID ограничено отрядом грызунов В другом опыте дот-гибридизация была использована для оценки числа копий ID-элемента в геномах грызунов и для сравнения этих величин с числом копий другого SINE грызунов — В1 Два одинаковых фильтра с иммобилизованными геномными ДНК грызунов использовали для гибридизации с ID- и В1-зондами мыши С помощью фосфоримиджера определили радиоактивность в каждом пятне и основываясь на значениях числа копий ГО в геноме Ratlus noncgicui (225000) и В1 в геноме A4us
ттсиИ/з (564000), определенных при полном секвенировании геномов (\Vaterslon еI а/. 2002, ОЬЬэ е! а!. 2004), оценили число копий ГО и ВI у других грызунов.
Sar leí Ríe Bta F(i Iig Bco Edi
Рисунок í. Гибридизация геномных ДНК с ID-зондом мыши. Рамкой ограничены виды отряда грызунов. В таблице 1 указаны трехбуквенные коды и соответствующие им полные названия изучавшихся видов.
На рисунке 2 показана гистограмма числа копий 1D и BI в геномах представителей разных семейств грызунов. Число копий варьировало от 25 тыс. (Mmu, домовая мышь, Muridae) до 500 гыс. (Tas, азиатский бурундук, Sciurídae) для ID и от 8 тыс. (ТЬо, гофер Ботта, Geomyidae) до 650 тыс. (Mso, общественная полевка, Cricetidae) для В1. Как правило, у грызунов клады Myodonta число копий ГО было меньше, чем В1, в то время как в кладе Gliridae-Sciundae-Aplodoniidae наблюдалась обратная картина. Это указывает на значительные различия в ретропозиционной активности ГО и В1 в ходе эволюции грызунов различных семейств. Для выяснения структурного разнообразия элемента 1D были созданы геномные библиотеки ряда видов грызунов, относящихся к различным семействам. Эти библиотеки были скринированы ID-зондом мыши, и клоны, дающие гибридизационнын сигнал, были секвинированы. Копии ГО и фланкирующих последовательностей каждого из изучавшихся видов были выровнены, что позволило определить границы и вывести консесусную последовательность.
Класс Отряд Семейство Код Вид
Млекопитающие Грызуны Mundae M mu Mus musculus (домовая мышь)
Rno Rattus поп/egicus (серая крыса)
Tin Tatera indica (индийская гололапая песчанка)
Cricetidae Mso Microtus socia/is (степная полевка)
Spalacidae S ml Spalax microphthatmus (обыкновенный слепыш)
Rhizomidae Tsp Tachyoryctes splendens (африканская бамбуковая крыса)
Zapodidae SH Sicista tianshanica (тянь-шаньская мышовка)
Dipodidae Ell Eremodipus lichtensteini (тушканчик Лихтенштейна)
Abo Allactodipus bobnnskii (тушканчик Бобринекого)
Ару A/actagulus pyqmaeus (земляной зайчик)
Pedetidae Pea Pedetes capensis (капский долгоног)
Anomalindae Asp Anomalurus sp (шипохвост)
Castondae Cfi Castorfiber (речной бобр)
Geomyidae Tbo Thomomys bottae (гофер Ботта)
Cavndae Cpo Cawa porceilus (морская свинка)
Hydrochoendae Hhy Hydrochoerus hydrochaeris (водосвинка)
Dasyproctdae Mac Myoprocta acouchy (акуши)
Thryonomyidae Tflr Thryonomys gregonanus (малая тростниковая крыса)
Chinchilidae Cla Chinchilla laniger (шиншилла)
Octodontdae Ode Octodon degus (дегу)
Myocastoridae Mco Myocastor coypus (нутрия)
Gliridae Dni Dryomys nitedula (лесная соня)
Sciundae M be Menetes berdmorei (белка Бердмора)
Mca Marmota caudata (длиннохвостый сурок)
Sea Saums carolinensis (серая белка)
Sfu Spermophilus fulvus (желтый суслик)
Tas Tamms asiaticus (азиатский бурундук)
Aptodontdae Aru Aplodontia rufa (горный бобр)
Hystncidae Hin Hystnx indica (индийский дикобраз)
Приматы Hominidae Hsa Homo sapiens (человек)
Зайцеобразные Lepondae Оси Oryctolagus cuniculus (европейский кролик)
Хищники Felidae Fdo Fehs domesticus (кошка домашняя)
Прыгунчиковые Macroscelididae Mpr Macroscel'des proboscideus (короткоухий прыгунчик)
Рукокрылые Vesperltlionidae Mda Myotis daubentoni (водяная ночница)
Pteropodidae Rae Rousettus aegyptiacus (нильский крылан)
Китообразные Delphinidae Ttr Tursiops truncatus (афалина)
Сумчатые Macropodidae Dbe Dendrotagus bennettianus (кенгуру Беннетта)
Насекомоядные Ennaceidae Earn Ennaceus amurensis (амурский еж)
Soncidae Sar Sorex areneus (обыкновенная бурозубка)
Парнокопытные Bovidae В ta Bos taurus (бык)
Птицы Соколообрззные Falcomdae Ftl Falco tinnunculus (обыкновенная пустельга)
Амфибии Бесхвостые земноводные Ranidae Rte Rana temporana (травяная лягушка)
Рептилии Чешуйчатые Iquamdae Mg Iguana iguana (игуана)
Boidae Всо Boa constnctor (обыкновенный удав)
Colubndae Edl Elaphe dione (узорчатый полоз)
Таблица 1 Виды, использованные в данной работе, и их систематика
Ilgll^sslllsselpitsSlISlÜsÜ
\|/ tl|a f" д.!Ii...Hl "Y" \
i Ш! I IlittlllilIii
i - число копий ID I - ЧИСЛО КОПИЙ B1
L
IT
Рисунок 2. Гистограмма числа копий TD и В1 в геномах представителей разных семейств грызунов. Филогенетические связи семейств грызунов показаны согласно данным ряда работ (Вениаминова и др. 2007, Крамеров 1999, Adkins е/ а\. 2001, Huchon & Douzery 2001, Steppan & Anderson 2004).
ID I !D-pB1 I ID-B1 I ID-B1 I
ZJ шипохвосты, дегу
____^ нутрии
~ i тростниковые крысы
pB1-ID [
bi-io:
Sci-1 b1-dld
бобры, долгоноги RHS агути
бепки, сони
пальмсшые бепки
гоферы, мешотчатью прыгуны
Рисунок 3. Схематическое изображение сложных ID-содержащих SINE. Черным цветом обозначены последовательности ID, белым - В1, различными штриховками -другие нуклеотидные последовательности. рВI представляют собой древний вариант Bl-элемента, не содержащий внутреннюю 29-нуклеотидную дупликацию. Структуры Bl-dlD и MEN даны согласно Kramerov & Vasselzky 2001 и Serdobova & Kramerov 1998.
Наряду с обычными ID-элементами у ряда грызунов были обнаружены SINE, состоящие из двух мономеров, один из которых - ID, а второй - В1 (рис 3) Как видно из этого рисунка, в одних димерных SINE мономер ID располагается первым, а В1 -вторым Такие семейства SINE обнаружены у шипохвостов, дегу, нутрий и тростниковых крыс У бобров, долгонога и агути выявлены семейства SINE, в которых ID и В1 мономеры расположены в обратном порядке
Из генома сурка (Maimota caudata) было выделено 7 копий ID, имевших на 3' конце добавочную последовательность длиной около 30 нуклеотидов, заканчивающуюся А-богатым участком В нуклеотидной базе данных NCBI в составе геномных последовательностей суслика (Spermophilus tndecemhneatui), лесного сурка (Marmorn топах) и белки обыкновенной (Sciurus vulgaris) было обнаружено 30 копий сходного (неаннотированного) SINE Это семейство SINE было названо Sci-1 Особо надо отметить, что в 11 из них на З'-конце присутствует еще один добавочный участок, состоящий из крайне вариабельной по длине последовательности (СТ)п, опять таки заканчивающейся А-богатым хвостом SINE этого семейства, содержащие такой (СТ)п-район или лишенные его, были обозначены как Sci-lb и Sei-1 а соответственно (рис 4)
ID-мономер
1ЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧ1.1.1.1.1.1.1 1 "*1
Str_ec±-lb ОССа*ААЛСТАА\ЛАЛТЛЛАТАа*1ААААДТТС-СТСТСТСТСТСТСТСТСТ(СТ) СТСГТТЛЛЛЛЛЛЛ
Рисунок 4 Выравнивание консенсусных последовательностей элементов Sci-la и Sci-lb из геномов беличьих и ID-элемента крысы
У гофера Ботта (Geomyidae) и мешотчатого калифорнийского прыгуна (Heteromyidae) нами был обнаружен сложный SINE, который состоял из ID-подобного мономера и последовательности неизвестного происхождения, соединенных А-богатой последовательностью (рис 5) Этот второй мономер не имеет сходства с какими-либо известными SINE или тРНК, однако в его 5'- концевой части содержится последовательность, сходная с боксом А промотора РНК-полимеразы III Чтобы установить круг распространения этого SINE у грызунов была проведена дот-гибрвдизация ДНК со специфическим к З'-концу зондом Оказалось, что эта последовательность характерна только для представителей двух семейств грызунов -Heteromyidae (мешотчатые прыгуны) и Geomyidae (гоферы), - образующих надсемейство Geomyoidea Результаты ГТЦР подтвердили, что лот сложный SINE (получивший название IDL-Geo) свойственен только этому надсемейству грызунов
CcalDL-Geo GCTOTGGCTCAftCT(MTAGAGTGCTAGCCTTGAGCAAAAAAAG-C^ ------
TboIDL-Geo GCTGAGGCTCAASTGGTAGñGC'TCTAGCCTTGAG-ñAA----GTCCAAGGACAGTCCTCftGGCCCTGAGCTCAAGCCC^GGACTGGCAAAAAAAAAAAAAAAAA
Рисунок 5. Выравнивание консенсусных последовательностей копий IDL-Geo из геномов гофера Ботта (ТЬо) и калифорнийского мешотчатого прыгуна (Сса), а также Ш крысы.
На рисунке 6 представлены выравнивания консенсусных ID-последовательностей из геномов изучавшихся грызунов. Помимо простых (мономерных) ID в выравнивание были включены последовательности ID из сложных SINE, а также элементы Vic-1 (верблюды) и Das-1 (броненосцы) и аланиновая тРНК('"', от которой, судя по значительной гомологии, ведут свое происхождение все эти SINE. ID-последовательности из некоторых семейств SINE обладают структурными особенностями. Например: (I) ID из BI-dID элементов сонь, белок и аплодонтий характеризуются делецией длиной 19 п.н.;
(2) ID из ВI -ID элемента долгонога (Рса) в центральной части содержит вставку AAAG;
(3) в позиции 27/28 в последовательности 1D тростниковой крысы (Tgr) AG заменено на СС; (4) в последовательности 1D из элемента IDL-Geo гофера (ТЬо) и мешотчатого прыгуна (Сса) имеются нуклеотидные замены, характерные только для этого SINE: G>—*-А, С]»—>Т и GCA45.4T-»ATG. Особого внимания заслуживают позиции 12 и 42 (отмечены звездочками) В этих позициях у ряда грызунов находятся нуклеотиды Ti2 и А42, характерные и для всех исследованных ВС1 РНК (крыса, мышь, золотистый хомячок и морская свинка) (Kim el al. 1994), тогда как у других ID - G12 и T4i, свойственные аланиновой тРНК. Этот факт указывает на то, что ВС I РНК является 'master' геном не для всех ID. как считают Kim et ni (1994). По всей видимости, последовательности этого SINE с нуклеотидом Gn произошли от одного из псевдогенов аланиновой тРНК. Наличие тринуклеотида ATG в позиции 45-47 как в тРНКАл", так и в последовательности элемента IDL-Geo также указывает на то, что ген ВС1 РНК не был эволюционным предшественником ID-последовательности этого SINE и что она произошла из какого-то псевдогена этой тРНК.
020006020202010002050107020111020100080002000101530201000200015301001001000201090810010011
SINE чобипиуемые LINERov-B
При скрининге геномной библиотеки капского долгонога Pedeles capensis (единственного ныне живущего представителя семейства Pedetidae из отряда грызунов) было обнаружено 16 копий еще одного ID-содержащего SINE Последовательность ID расположена на его 5'-конце, а на З'-конце находится дополнительная последовательность длинной 120 п н Используя эту последовательность в качестве гибридизационного зонда, мы нашли 10 копий еще одного нового семейства SINE На его 3 '-конце находилась та же последовательность, что и в первом случае, тогда как на 5'-конце была последовательность, родственная 5S рибосомной РНК Надо отметить, что до сих пор было известно лишь несколько семейств SINE рыб, содержащих последовательность 5S рРНК (Nishihara cl а! 2006) Открытый нами 5S рРНК-родственный SINE был обозначен как Ped-1, тогда как ID-содержащий SINE был назван Ped-2
Известно, что многие SINE, выделенные из позвоночных, не относящихся к млекопитающим, на своих 3'-концах имеют последовательности длинною 30-70 пн, гомологичные 3'-концам того или иного LINE Эти SINE амплифицируются с помощью обратной транскриптазы, закодированной в таких LINE-партнерах (Kajikawa & Okada 2002)
Проанализировав З'-концевую часть Ped-1 и Ped-2, мы пришли к выводу, что она сходна с определенными участками LINE Bov-B Этот LINE впервые был выделен из генома быка и других жвачных (Szemraj с! а! 1995), а затем также был обнаружен у чешуйчатых рептилий (Kordis & Gubensek 1997) Используя компьютерный поиск в базах данных, мы обнаружили его также в геномах опоссума, слона и тенрека. Кроме того, мы просеквенировали большую часть LINE Bov-B из генома долгонога. Оказалось, что участок, находящийся на З'-конце Ped-1 и Ped-2, имеет выраженное сходство с участком, расположенным на самом З'-конце LINE Bov-B В то же время примыкающий участок этих SINE был сходен с нуклеотидной последовательностью из 5'-концевого района Bov-В (рис 7) До сих пор такая структурная организация была установлена лишь для SINE Bov-tA жвачных (Okada & Hamada 1997) и Маг-1 сумчатых (Gilbert &. Labuda 2000) Мы же обнаружили ее не только у SINE долгонога, но и у так называемого AfroSINE (Nikaido cl al 2003) из геномов слона и родственных ему млекопитающих, образующих надотряд Afrothena (слоны, даманы, сирены, трубкозубы, прыгунчики, тенреки и златокроты)
tRNA_A_U (CGC) Das-1 Vic-1 ID_Rno ID_Asp ID_Pca ID_Tbo ID_Cfi ID_Hle IDJTgr ID_Cpo ID_Ode ID_Mca ID_Aru
ID_Mca(Sei-1) ID_Str(Sci-1) MEN
ID_Cca(IDL-Geo) IDJIbo ( IDL-Geo) ID_Pca(Ped-2) ID_ASp(Bl-ID) ID_Asp(ID-Bl) ID_Pca(Bl-ID) ID_Cfi(pBl-ID) IDJTgr(ID-B1) ID Gli(Bl-ID) ID_Sci(Bl-ID) ID Aru(Bl-ID)
Рисунок 6. Выравнивания консенсусных Ш-последовательностей из геномов изучавшихся грызунов (см. таблицу I для расшифровки трехбуквенных кодов). Помимо простых (мономерных) ID в выравнивание включены последовательности [D из сложных SINE (их названия даны на сером фоне), а также элементы Vic-I (Lin el al. 2001) и Das-1 (Borodulina & Kramerov 2005) и аланиновая тРНК'<,( (Russo el al. 1986). Звездочками обозначены позиции 12 и 42 (см. обсуждение в тексте).
[TAGÂE
tatg-
Jtacg-
bacg-
ТССА-ТССТ-ТССА-
[С-.'Жч!
КАКС
CCTG
В Stkgtt-
ТЩвТв-¡тщаса-¡ifflgtg-tggtg-
рЯэтс-
ItRitg-1 H
jtSHatg-
JSTSTCT: тшаса-
На рисунке 7 показано выравнивание консенсусных последовательностей Ped-I, Ped-2, Bov-tA, Маг-1 и AfroSINE с LINE Bov-B из геномов быка, овцы, опоссума, слона, тенрека и долгонога Это выравнивание хорошо иллюстрирует наличие в каждом из перечисленных SINE двух участков, гомологичных 5'- и З'-концевым участкам Bov-B В тоже время нужно отметить, что длины и границы этих участков несколько отличаются у SINE разных семейств Эти данные указывают на то, что семейства возникли независимо друг от друга при участии Bov-B благодаря некому единому закономерному механизму По-видимому, двучастный З'-концевой район рассмотренных SINE ответственен за узнавание РНК этих SINE обратной транскриптазой Bov-B, которая, очевидно участвует в амплификации (мобилизации) этих SINE путем ретропозиции
Гибридизация геномных ДНК с меченым З'-концевым участком Ped-2 показала, что гомологичные этому зонду последовательности ДНК присутствуют только в геномах долгонога (но не других грызунов), прыгунчика (представителя Afrotheria), быка и чешуйчатых рептилий (рис 8) Компьютерный поиск в геномных базах данных подтвердил отсутствие LINE Bov-B и родственных ему SINE в геномах таких млекопитающих, как человек, макака-резус, мышь, крыса, собака и кошка Ранее Кордиш и Губенчик, обнаружившие LINE Bov-B у рептилий предположили, что имел место горизонтальный перенос этого LINE от рептилий к жвачным парнокопытным (Kordis & Gubensek 2000) Анализ последовательностей Bov-B из геномов разных видов выявил особое сходство между этими LINE долгонога, слона и тенрека Этот вывод ясно подтверждается построением филогенетического древа для нуклеотидных последовательностей LINE Bov-B из различных позвоночных (рис 9) Основываясь на этих результатах, мы предположили, что африканский грызун долгоног получил LINE Bov-B от одного из Afrothena в результате горизонтального переноса SINE, в отличие от LINE, горизонтально не переносятся Таким образом, у жвачных, долгонога и млекопитающих надотряда Afrothena SINF, в ретропозиции которых участвует LINE Bov-В, образовывались независимо в каждой из этих групп млекопитающих
UNE В ta UNE Oar Bov-tA J ME Mdo Mar-la Mdo JNE-Laf UNE Eta LINE Pea Ped-1 Ped-2
AfrcSINE Ete AftoStNE L3f
UNE Bta LINE Oar Bov-tA UNE Mdo Мвг-ia Mdo 'JNE-Laf LINE Ete UNE Pea Ped-1 Ped-2
AfroSINE Ete AfroSINE Laf
UNE Bta LINE Oar Bw-tA UNE Mdo Mar-la Mdo UNE-Laf LINE Ete UNE Pea Ped-1 Ped-2
AfroSINE Ete AfroSINE Laf
*ЗА®^А»АСАСАСТ£Ш£СлТМ : AgenceacaícS
— - СС>±ТССГСДАД£АСЙ< gjfflBBfrr- -КтадяЖЗВЙ" — 5»x-a>:t*iot3gcgcäg7sgatagagt5ccöggcct5sactc№- gaagacctgagttcaaatct ggcctcagr: a :"actagctgt :-t - - -
------------------------------сссфпшгс-gtr. лл.ттщ,т- - -.c7gt |сфттс§гишгя| 7 ffflg :|«-:;ggtatt-cacatac(
- -ОАГ"2С7®ГГ" (ЖГАОТТЩ&Г.Т- РГТСТ^Т^^Мс^Тг^ЩгШ^ - •¿ЯЕШТ««''' ^GGTATTTCAAATGCt
■ CCCTC-CKJC "AT/: ■■
rggcatccgatcccgtcagatctcggaagctaagcagsgt......- -------
-g5gctgggatttagctcagttgg----
-------------------ggagccctggtggcatagtgg---------------
-----------------ggagccctggtggcacagtg---------------
ГШ I i'i |1i
I'll i
...•."глтггк.................... ...............
IBS !!■ US г
эоизошедший от 5'-конца LINE
-i-SV ISSSSSSSSSWKSSSJCSJNÄf
IS «'
Т^Т^Ша'еСДАААТй
jCATTT
sgatactgaaagccta?
Участок, произошедший от З'-конца LINE
ИяНВ! -И!'«
: ? ! г :
Рисунок 7, Выравнивание консенсусов Bov-B LINE и их SINE-партнеров из геномов различных видов. 5'-концевые последовательности SINE не выравниваются с LINE, и поэтому не затенены. Участки, произошедшие от 5'- и З'-концов LINE показаны заштрихованными прямоугольниками над последовательностями. Bta - Bos taurus (бык); Oar - Ovis aries (овца); Mdo -Monodelphis domestica (домовой опоссум); Laf- Loxodonta africana (африканский слон); Ete - Echinops lelfairi (малый иглистый тенрек); Pea - Pedetes capensis (капский долгоног).
Mmu Rno Mso Tin Smi Tsp Sti Eli
Asp Cfi Tbo Cpo Hhy Mac Tgr
Ode Meo Dni Mbe Mca Sea Aru
Оси
Sar
Fea
JaL
Ríe
Mda
Ttr
Rae
Hin
Hsa
Earn
Ft i
Igu
Bco
Ed i
Рисунок 8. Дот-гибридизация геномных ДНК ряда позвоночных с меченым 3'-концевым участком Ped-2. Млекопитающие и грызуны обведены сплошной и пунктирной линиями соответственно. Полные названия изучавшихся видов даны в таблице I Гибридизационные сигналы наблюдаются у долгонога (Рса), прыгунчика (Mpr, Afrotheria), быка (Bta) и чешуйчатых рептилий (Igu, Всо, Еdi).
игуана
сцинк оаца олень
о л! ¡ / , бык
«уопоссум поссум I утконос кенгуру
долгоног
тенрек
\
слон
model).
Рисунок 9. Филогенетическое древо LINE Bov-B (Байесово дреио, GTR +1 + у
5S рРНК-родственные SINIi крылана«
Дот-блот гибридизация ДНК млекопитающих с меченой последовательностью гена 5S рРНК показала повышенное содержание SS-родственных последовательностей не только в геноме долгонога (за счет SINE Ped-1), но и у египетской летучей собаки (Rae, Ronsettus aegypriaais) из подотряда крыланов (Megachiroptera), отряда рукокрылых (рис. 10). Слабые или умеренные гибридизационные сигналы, наблюдающиеся в случае большинства млекопитающих, очевидно, обусловлены наличием в их геномах генов и псевдогенов 5S рРНК Сильный гибридизационный сигнал в случае лягушки связан с большим числом генов 5S рРНК (24 тыс.) в геномах бесхвостых амфибий. Возможно, то же относится и к игуане.
Создав клонотеки геномной ДНК крыланов (Roiisellux aegypliacus и Eonycteris spelaea) и скринируя их гибридизацией с меченым геном 5S рРНК, мы выделили копии двух новых SINE. Один из них, обозначенный как Meg-S, состоял из 5S рРНК-родственной последовательности и А-богатого хвоста, тогда как другой, получивший название Meg-L, имел следующую структуру: на 5'-конце находилась последовательность сходная с 5S рРНК, а на З'-конце -дополнительная последовательность неизвестного происхождения, длинною 70 п.н., заканчивающаяся А-богатым хвостом (рис. 11).
Mmu Rno Mso Tin Smi Tsp Sti Eli
-
Asp
Tbo Cpo Hhy Mae Tgr
Ode Meo Dni Mbe Mca Sea Aru
Оси
Sar
Fea
Tg!
Mpr
Mda
Ttr
Hin
Hsa
Earn
Ft i
Beo
Edi
Рисунок 10. Дот-гибридизация геномной ДНК ряда позвоночных с меченой последовательностью гена 5S рРНК. Млекопитающие и грызуны обведены сплошной и пунктирной линиями соответственно. Полные названия изучавшихся видов даны в таблице 1. Сильные гибридизационные сигналы наблюдаются у долгонога (Рса), летучей собаки (Rae), лягушки (Rte) и игуаны (Igu).
______5S pJPHK_
^AAAXXXXAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA/rxZJÂÀÀÀÀAAÀÂ.ÀJ.A.AÂAAAAAXXXXXXXAAX
5 S pFHK |CTg Meg-s -g Meg-L g "S
aATCTCGGAAGCTAAOO!^G<MCGeGCCTCWTTAGIACTT<3^ GATCTCGGAAGCTAAGCAGGGTCGGGCCTGGTTAGTACTTG3ATGGGAGACC GAT CT С GGAAGC TAAG CAG GGTCGGGCC T GGT TAGT AC IT G GAT GGGAGAC С
5s ррнк
Meg-s WBg^S S Г A
Meg-L t^E ^^ ^^ g й T TAGGGATTGTJ^GCTGACAAC3<STCCTTGCAATCTGTGAGGTCAAC:CAAGGeTTGCCTCGCCT(Al „
Рисунок 11. Выравнивание консенсусных последовательностей Meg-S, Meg-L и 5S pPHK.
Гибридизация геномной ДНК млекопитающих с меченым З'-концевым участком Meg-L выявил эту последовательность у всех анализированных крыланов (4 вида, принадлежащих разным родам), но не у других рукокрылых, входящих в подотряд Microchiroptera. ПЦР также подтвердил, что распространение SINE Meg-L ограничено подотрядом крыланов (рис. 12). Наличие А-богатого хвоста у SINE Meg-S и Meg-L указывает на то, что в отличие от Ped-I, они амплифицируются в геноме, как и большинство SINE млекопитающих, с помощью обратной транскриптазы, закодированной в длинном ретропозоне LI (Kramerov & Vassetzky 2005).
Необходимо сделать некоторые замечания, относительно того, почему мы называем Meg-S SINEom, а не просто ретропсевдогеном 5S рРНК. Во-первых, число его копий, равное -20 тысячам, по крайней мере, в десять раз превышает число копий псевдогенов у других млекопитающих, т.е. он способен к весьма эффективной ретропозиции. Во-вторых, и это еще важнее, все копии Meg-S имеют специфические нуклеотидные замены по отношению к 5S рРНК. Это ясно свидетельствует в пользу того, что все они появились в геноме благодаря размножению особой последовательности, или master гена, а не собственно гена 5S рРНК.
На рисунке 13 схематически представлены все три 55-родственных SINE, описанных в этой работе, а также SINE3 из генома рыб, открытый другими авторами (Kapitonov & Jurka 2003). SINE3 устроен довольно сложно: в нем помимо 5S рРНК-родственной последовательности присутствует тРНК-родственный участок, а также длинный специфический участок, называемый Deu-доменом (Nishihara et al. 2006). Наконец, на З'-конце располагается район, гомологичный концу LINE CRI, видимо, участвующего в амплификации этого STNE. SINE млекопитающих устроены значительно проще, что позволяет с большей легкостью проследить пути их возникновения. Ped-1, видимо, образовался путем слияния последовательности 5S рРНК с двухчастным участком Bov-B LINE, которое могло произойти по механизму смены матрицы при обратной транскрипции Meg-S, вероятно, образовался из какой-то копии ретропсевдогена 5S рРНК и благодаря определенным нуклеотидным заменам стал довольно эффективным SINE.
д !V!eg-2 специфичный зонд
крыланы летучие мыши
Зонд 5S рРНК быка крыланы
летучие мыши
* # ф Msp Riß Ret Hla
Pna WWa Cpl По Hsü Feto Rпо Mp
Pna Mda Cpl Tlo Usa Fdo Rno t**
летучие мыши
другие млекопитающие
крыланы
летучие мыши
летучие МЫШИ другие илегалишюцие
Рисунок 12. (А) Дот-гибридизация геномных ДНК млекопитающих с меченым 3'-концевым участком Meg-L. (В) Дот гибридизация того же фильтра с зондом 5S рРНК быка. (С) ПЦР ДНК рукокрылых с праймерами, специфичными к началу и концу Meg-L. Крыланы: Mso -Macrogtossus sobrinis (длинноязыкий крылан); Rae - Rossettus aegypticus (египетская летучая собака); Esp -Eonycteris spelaea (пещерный крылан); Csp - Cynoplenis sphinx (индийский крылан). Летучие мыши: Tlo -Taphozons longimanus (длинноногий
мешкокрыл); Msp - Megaderma spasmo (малайский ложный вампир), Raf- Rhinolophus affinis (азиатский подковонос); Rfe -Rhinolophus femmequinum (большой подковонос); Hla - Hipposideros lan>atus (большой листонос); Cpl - C.haerephon plicata (складчатогуб); Mda - Myotis dauheniom (водяная ночница), Pna - Pipistrellus nathusi (лесной нетопырь).
Meg-L, скорее всего, возник из Meg-S путем присоединения 70-нуклеотидной последовательности к его З'-концу. Таким образом, описанные нами 5S рРНК-родственные элементы существенно обогатили примерами данный класс SINE и пролили свет на путь образования этих генетических элементов.
5S рРНК-содержащие SINE
5S рРНК
5S-pPHK родственная часть
Meg-S! " }! 'I
; i AAA
5S-pPHK родственная часть
Meg-L
З'-концевая часть
Ped-1
5S-pPHK родственная часть
II
части Bov-B LINE
тРНК-родственнаячасть часть CRI LINE
5S-pPHK родственная часть |
SINE3 ' Реи-д^м^н
Рнсунок 13. Схематическое изображение трех 5S рРНК-родственных SINE, обнаруженных в ходе этой работе, а также SINE3 из генома данио рерио (Kapitonov & Jurka 2003, Nishihara el а/. 2006). Белые полосы иллюстрируют отличия 5S рРНК-родственных частей SINE от последовательности 5S рРНК.
Обсуждение
тРНК^-родственные SINE
В настоящей работе, используя гибридизацию, ПЦР, клонирование и секвенирование, мы показали, что последовательности ID-элемента имеются в геномах всех протестированных видов грызунов, которые представляют большинство семейств данного отряда млекопитающих. Эти результаты согласуются с представлением о том, что "master" геном для ID служит ген ВС1 РНК, который, как было показано, имеется у таких разных грызунов, как крыса, мышь, золотистый хомячок с одной стороны, и морская свинка - с другой (Kim et al. 1994). Ген ВС1 РНК, по-видимому, образовался из гена или псевдогена аланиновой тРНК( ,< у обшего предка грызунов и послужил источником распространения Ю-элемента во всех линиях грызунов. С другой стороны при анализе
последовательности ГО из грызунов различных семейств (рис. 6) мы выявили отдельные нуклеотидные позиции, в которых ГО-элементы некоторых грызунов имеют большее сходство с аланиновой тРНК<<,г, чем с ВС1 РНК. Это указывает на то, что многие копии ГО могли возникнуть благодаря ретропозиции не ВС1 РНК, а транскриптов каких-то псевдогенов аланиновой тРНК'1,< (рте. 14).
DIP
ретропсевдогены
древние ID
ген ВС1 РНК
Сложные 10-содержащие SINE
современные Ю
Рисунок 14. Схема эволюции ГО и родственных SINE у грызунов (DIP характерен для семейств тушканчиков и мышовок, а В2 - для семейств мышиных, хомячьих, слепышовьгх и бамбуковых крыс; Serdobova & Kramerov 1998).
В настоящей работе мы описали целый ряд сложноорганизованных ID-содержащих SINE в добавок к нескольким уже известным (MEN, BI-dID, RSINEI и B4/RSINE2). Чаще всего ГО соединяется с ВI, причем в одних семействах ГО расположен первым, а ВI — вторым, тогда как в других расположение этих мономеров - обратное. Кроме того, у гоферов и мешотчатых прыгунов были обнаружены копии димерного SINE (IDL-Geo), состоящего из ГО и нуклеотидной последовательности, которую мы обозначили как Geo. В геномах беличьих (Sciuridae) нами были обнаружены последовательности SINE, названного Sci-ia, в котором за ID следовала дополнительная последовательность, содержащая длинный А-богатый участок. Кроме того, у этих грызунов были найдены копии SINE, Sci-lb, которые отличались от Sci-la наличием на его конце еще одного модуля, состоящего из вариабельного по длине СТ-мотива и А-хвоста.
Наконец, в геноме долгонога (Pedeles capensis) был обнаружен еще один сложный ID-содержащий SINE, в нем за ID-последовательностью следовал участок, состоящий из двух удаленных друг от друга частей LINE Bov-B (подробнее смотри ниже).
Полученные результаты свидетельствуют о том, что важным и широко распространенным механизмом эволюции ID SINE является его объединение с другими последовательностями (часто другими SINE). По-видимому, такое усложнение структуры делает SINE более успешными ретропозонами.
Рисунок 15. Выравнивание 5'-концевых последовательностей SINE, родственных аланиновои tPHKgc g. Rno - Rallus non>egicns (крыса); Сро - Cavia porcefíus (морская свинка); Mea - Marmota caudata (сурок длиннохвостный); Asp - Anomalurus sp. (шипохвост). Последовательности B2, DTP и MEN взяты из Serdobova & Kramerov 1998. Последовательности RSINEI и RSINE2 взяты из RepBase (www.girmst.org/repbase).
Сопоставив структуры 5'-участков всех тРНК-родственных SINE грызунов (рис. 15) легко убедиться в их значительном сходстве (наибольшие отличия касаются небольшого участка, расположенного между боксами А и В). Можно предположить, что все тРНК-родственные SINE грызунов ведут свое происхождение от аланиновой тРНКсс,(, но не непосредственно, а через ряд стадий. Про возникновение ID из тРНКл1г,<сиС) уже написано выше. Мы полагаем, что SINE В2 и DTP возникли в результате эволюции тех или иных вариантов ID у грызунов группы Myodonta (рис. 14). RSINE1 и B4/RSINE2, хотя и по своей нуклеотидной последовательности больше напоминают ID, имеют некоторые нуклеотидные позиции, сходные с В2 и DIP (рис. 15). Возможно SINE, родственные RS1NE1 и B4/RSJNE2, послужили промежуточным эволюционным звеном между псевдогенами тРНКл|°"'ос)и ID с одной стороны и В2 и DIP, с другой.
SINE, мобилизуемые LINE Bov-B
В настоящей работе нами были описаны два семейства SINE из генома капского долгонога (Pedales capensis). В одном из них, названном Ped-2, на 5'-конце имелась последовательность ID, а на З'-конце - последовательность, образовавшаяся путем слияния двух участков LTNE Bov-B. одного (5'-LDR)\ расположенного недалеко от 5'-
1 l.DR-l.INIUlerived region
конца этого LINE, и другого (З'-LDR), ведущего происхождение от его З'-конца (рис. 16). В другом SINE, получившем название Ped-1, на З'-конце располагалась двухчастная Bov-В-родственная последовательность, схожая с таковой у Ped-2, тогда как на 5'-конце была обнаружена последовательность, родственная 5S рРКК. Надо отметить, что до сих пор были известны лишь два семейства SINE, родственные Bov-B и мобилизуемые этим LINE: это SINE Bov-tA жвачных и Маг-1 сумчатых. Мы обнаружили, что помимо Ped-I и Ped-2, аналогичной структурой обладает описанный Nishihara el al. (2005) AfroSINE из геномов млекопитающих, образующих надотряд Afrotheria (слоны, даманы, сирены, трубкозубы, прыгунчики, тенреки и златокроты) (рис. 16).
Все гать рассматриваемых здесь SINE содержат последовательности 5'-LDR и 3 LDR, ведущие свое происхождение из одних и тех же участков Bov-B. Это свидетельствует о едином и закономерном механизме возникновения Bov-B-родственных участков SINE. Можно предположить, что обратная транскриптаза Bov-B способна узнавать и связываться с обоими этими участками в РНК Bov-B. Вероятно, что 5'-LDR и З'-LDR необходимы для обратной транскрипции и ретропозиции рассматриваемого типа SINE. Хотя, как отмечалось, у Ped-I, Ped-2, Bov-tA, Mar-1 и AfroSINE 5'- LDR и 3'-LDU очень схожи, их внутренняя граница варьирует от семейства к семейству в пределах от нескольких до 27 нуклеотидов (см. рис. 7). Это указывает на независимое возникновение каждого из рассматриваемых семейств SINE. Об этом же свидетельствует и совершенно разная природа их 5'-концевых районов, которые могут быть родственны 5S рРНК или различным видам тРНК. (рис. 16)
BovB LINE (-3.2 п.н.
шшгашшштпвш
5S рРНК 5' LDR 3' LDR ,,
Pea -1 -i - •• ........ эта.»,mi.,nii,»таит1
Pert-2
,, iCA't.,
AfroSINE .№S3assBSBsesEeesesasBertm^———'-■miiimiiiniliaim;»mi "*
rPHK CORE
IVlar-1 - -TV'.. =-.:-:-■-.■__._„_....... г-----------------Eg .........................
таптштапшшптг
Рисунок 16. Структурная организация SINE, мобилизуемых Bov-B LINE. Вид тРНК, от которых произошли AfroSINE и Маг-1, не удается установить. На конце SINE указаны характерные для них короткие тандемные повторы.
Bov-B-родственные SINE были обнаружены только у долгонога (Ped-I и Ped-2), представителей надотряда Afrotheria (AfroSINE), жвачных (Bov-tA), сумчатых и яйцекладущих (Mar-1). Bov-B LINE был найден у тех же групп млекопитающих, где выявлялись эти SINE. Кроме того, по данным литературы и нашего компьютерного анализа Bov-B LINE имеется у различных чешуйчатых (ящерицы и змеи), но не у других рептилий. Филогенетический анализ последовательностей Bov-B из разных видов показал, что они делятся на две группы: в одну входят Bov-B из чешуйчатых рептилий, сумчатых, яйцекладущих и жвачных млекопитающих, а в другую - из долгонога и представителей надотряда Afrotheria (рис.9). Ранее Кордиш и Губенчик предположили, что жвачные получили LINE от чешуйчатых рептилий в результате горизонтального переноса. Сходство Bov-B у Afrotheria и долгонога и отсутствие этого LTNE у других плацентарных млекопитающих (кроме жвачных), позволяет предполагать, что долгоног получил этот LINE также в результате горизонтального переноса от кого-то из представителей Afrotheria (рис. 17).
- водные полелки
- хомяк*
- слепыши
- бвкБуковыс крысы
-шипохвостм
Ped-1, Ped-2 SINE
Bov-B
AfroSINE
H
4
Ю
долгоног
бобр!,)
- ИСШ0ГЧВП.1С! прыгуны • гоферы
-остальные грызуны
зайцеобразные
броненосцы _ тенреки + ! златокроть
- прыгунчики
- трубкозубы
- сирень
—■• даманы?**--^
---СЛОНЬ) i
----—------сумчатые
_________________________________однопроходные
яйцекладущие
Рисуною 17. Схема, иллюстрирующая горизонтальный перенос 1ЛМЕ Воу-В от одного из представителей А"Гго!Ьепа к грызуну долгоногу. Представлен лишь небольшой фрагмент филогенетического древа млекопитающих.
В связи с этой гипотезой следует отметить, что долгоног также обитает в Африке, как и почти все виды, относящиеся к Afrotheria Bov-B, вероятно, является в этом отношении уникальным, поскольку для других LINE, насколько нам известно, горизонтальный перенос не был описан Это явление более характерно для таких мобильных элементов, как ДНК-транспозоны и ДКП-содержащие ретротранспозоны Переносчиками первых, возможно, служат определенные виды бактерий и клещей Способность к горизонтальному переносу последних, видимо, связана с тем, что на определенных этапах эволюции они были активными ретровирусами Все имеющиеся данные о таксономическом распространении SINE свидетельствуют о том, что они не способны к горизонтальному переносу и передаются только вертикально По-видимому, Bov-B-мобилизуемые SINE возникли независимо друг от друга в тех группах млекопитающих, которые ранее приобрели Bov-B LINE благодаря горизонтальному переносу
SS рРНК-родстасниые SINE
Помимо 5S рРНК-родственного SINE долгонога в этой работе нами были обнаружены и описаны два 5S рРНК-родственных SINE из геномов крыланов Один из них, Meg-S, состоит из последовательности, отличающейся от 5S рРНК семью процентами нуклеотидов, и А-богатого хвоста Во втором, Meg-L, 5'-концевая последовательность также очень похожа на 5S рРНК, но на З'-конце находится дополнительный 70-нуклеотидный участок, обе эти части заканчиваются А-богатыми районами 5S рРНК-родственные последовательности в Meg-S и Meg-L весьма сходны между собой и отличаются от самой 5S рРНК одними и теми же нуклеотидными заменами Мы оценили число копий Meg-S в 20000, a Meg-L -10000 Эти величины значительно выше суммарного числа генов и псевдогенов 5S рРНК у других млекопитающих (1-2 тыс ) В частности по этой причине мы полагаем, что не только Meg-L, но и просто устроенный Meg-S следует относить не к псевдогенам, а к SINE По всей видимости, один из псевдогенов 5S рРНК, приобретя некие удачные нуклеотидные замены, начал эффективно размножаться в геномах предков крыланов, породив тем самым SINE Meg-S Скорее всего, несколько позднее произошло соединение Meg-S с дополнительной 70-нуклеотидной последовательное гью, что привело к образованию Meg-L Предположение о том, что эти события относятся к непосредственным предкам крыланов, основывается на наших данных о распространении Meg-L среди рукокрылых -этот SINE характерен только для представителей подотряда Megachiroptera
5S рРНК-родственные SINE, видимо, редки у млекопитающих (скорее всего, это же относится и к другим эукариотам) Описанные нами Ped-1, Meg-S и Meg-L являются
первыми примерами активных 5S рРНК-родственных SINE у млекопитающих. Следует отметить, что разные 5S рРНК-родственные SINE имеют разную длину и сложность организации (рис. 13). Самые простые, короткие и мало дивергировавшие от 5S рРНК являются Meg-S и Meg-L; компьютерный анализ показал, что вторичная структура их транскриптов очень похожа на таковую у 5S рРНК. Ped-1 более сложно устроен, сильнее отличается по нуклеотидной последовательности от 5S рРНК (рис. 13 и 18) и его транскрипт, видимо, уже заметно отличается по вторичной структуре от 5S рРНК. В длинном и более сложно устроенном S1NE3 Danio rerio вторичная структура 5S рРНК-родственной части практически не сохраняет сходства с таковой у 5S рРНК.
С другой стороны у всех вышерассмотренных SINE сохранены функциональные боксы промотора РНК-полиемразы Ш: бокс А, внутренний элемент (IE) и бокс С (рис. 18). Интересно, что описанные 5S рРНК-родственные SINE мобилизуются разными LINE: Ped-I - Bov-B LINE, Meg-1 и Meg-2 - LINE-I и SINE3 - CRI-LINE. Таким образом, для 5S рРНК-родственных, как и для тРНК-родственных SINE, видимо, наблюдается широкий спектр LlNE-партнеров.
Рисунок 18. Выравнивание 5S рРНК-родственных частей SINE и 5S рРНК (нуклеотидные последовательности 5S рРНК одинаковы для всех млекопитающих). Функциональные боксы промотора РНК-полимеразы III показаны над последовательностями.
Выводы
1. Мобильный генетический элемент ГО, относящийся к классу коротких ретропозонов, или SINE, и ведущий происхождение от аланиновой тРНК(с, характерен для всего отряда грызунов, но не других млекопитающих. Число копий последовательности ГО варьирует в геномах исследованных грызунов от 25000 до 550000.
2. Описан ряд семейств сложных (димерных) SINE, образованных элементами ГО и ВJ. В одних из них ГО является левым мономером, а В1 - правым; для других характерен противоположный порядок расположения мономеров. В геномах гоферов (Geomyidae) и мешотчатых прыгунов (Heteromyidae) обнаружен другой тип димерного SINE: в нем ГО играет роль левого мономера, а 70-нуклеотидная последовательность (Geo) неизвестного происхождения выступает в качестве правого мономера. Димеризация SINE является важным механизмом их эволюции.
3. Из генома капского долгонога (Rodentia, Pedetidae) были выделены SINE двух семейств. На 5'-конце Ped-1 содержит 5S рРНК-родственную последовательность, а
Ped-2 - ID-элемент Оба они, как и некоторые SINE (Mar-I, Bov-tA и AfroSINE) других млекопитающих, содержат на З'-конце участок, длиною около 110 пн, гомологичный двум районам длинного ретропозона (LINE) Bov-B один из них расположен в начале Bov-В, другой - на самом его конце Предполагается, что LINE Bov-B участвует в размножении таких SINE в геноме Получены данные, указывающие на то, что долгоног приобрел LINE Bov-B в результате горизонтального переноса от одного из млекопитающих надотряда Afrotheria В то же время разные семейства Bov-B-мобилизуемых SINE возникали в эволюции независимо
4 Описаны два семейства SINE, характерных для геномов крыланов (Chiroptera, Megachiroptera), но не других рукокрылых Один из них (Meg-1) состоит из 5S рРНК-родственной последовательности и A-богатого хвоста, тогда как другой (Meg-2) содержит также дополнительную 70-нуклеотвдную последовательность Наличие А-богатого хвоста в этих SINE указывает на то, что в их размножении участвует LINE-1
Список печатных работ, опубликованных по теме диссертации. Статьи
1 K.P. Gogolevsky, D A Kramerov Short interspersed elements (SINEs) of the Geomyoidea superfamily rodents // Gene 2006 173,67-74
2 K.P Gogolevsky, N S Vassetzky, D A Kramerov Bov-B-Mobilized SINEs in Vertebrate Genomes // Gene 2008 407, 75-85
3 НА Вениаминова, К.П. Гоголевский, H С Васецкий, Д А Крамеров Сравнительный анализ числа копий коротких ретропозонов ID и В1 в геномах грызунов // Молекулярная биология, 2007, том 41, с 1081-1084
Тезисы конференций
1 К.П Гоголевский Короткие димерные ретропозоны из геномов грызунов // Материалы Международной Конференции «Генетика в России и в мире» (Москва, 28 июня - 2 июля 2006 г ), стр 47
Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Гоголевский, Константин Петрович
ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1. LINE
1.1.1. Классификация LINE
1.1.2. Bov-B LINE 12 1.1.2.1. Распространение Bov-B LINE среди млекопитающих
1.2. SINE 13 1.2.1. Строение SINE
1.2.1.1. 5'-концевой участок
1.2.1.2. Средняя часть SINE
1.2.1.3. З'-конец, или «хвост»
1.2.1.4. Другие варианты структуры SINE
1.3. Транскрипция
1.4. Посттранскрипционная модификация
1.5. Обратная транскрипция и интеграция
1.6. SINE, произошедшие от аланиновой тРНК
1.7. SINE, произошедшие от 5S рРНК
1.8. Возможные функции SINE и их значение в эволюции геномов
1.8.1. SINE-источникрегуляторных последовательностей
1.8.2. Участие SINE в посттранскрипционной интерференции и изоляции генов
1.8.3. SINE и альтернативный сплайсинг
1.8.4. Возможное участие SINE в преодолении клеточного стресса
1.8.5. Гены малых РНК, произошедших от SINE
1.8.6. SINE, как фшогенетические маркеры
2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
2.1. Материалы, реактивы и приборы, использованные в этой работе
2.1.1. Ферменты и наборы
2.1.2. Плазмидные векторы
2.1.3. Другие реактивы
2.1.4. Материалы
2.1.5. Приборы
2.2. Выделение геномной ДНК
2.3. Полимеразная цепная реакция (ПЦР)
2.4. Электрофорез в агарозном геле 41 2.4.1. Выделение ДНК из геля
2.5. Радиоактивное мечение
2.6. Дот-гибридизация
2.7. Получение компетентных клеток
2.8. Создание геномных библиотек и их скрининг
2.9. Выделение плазмидной ДНК
2.9.1. Метод I
2.9.2. Метод II
2.10. Секвенирование ДНК
2.11. Компьютерный анализ
3. РЕЗУЛЬТАТЫ
3.1. ID-элемент - SINE грызунов, родственный аланиновой тРНК
3.2. SINE, мобилизуемые LINE Bov-B
3.3. 5S рРНК-родственные SINE крыланов
4. ОБСУЖДЕНИЕ
4.1. тРНКАла-родственные SINE
4.2. SINE, мобилизуемые LINE Bov-B
4.3. 5S рРНК-родственные SINE 77 ' 5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ВЫВОДЫ
БЛАГОДАРНОСТИ
Введение Диссертация по биологии, на тему "Короткие ретропозоны млекопитающих, родственные аланиновой тРНК и 5S рРНК"
Несмотря на интенсивные исследования, мобильные генетические элементы остаются одной из наиболее загадочных составных частей геномов эукариот. Они, в отличие от генов, не кодируют белков или РНК, важных для жизнедеятельности клетки, и чаще всего рассматриваются как эгоистические или паразитические последовательности ДНК. Однако в последние годы становится ясным, что мобильные генетические элементы играют очень важную роль в эволюции генов и геномов в целом, и поэтому их изучение в эволюционном аспекте приобретает особую актуальность для современной биологии. Если одни мобильные элементы (автономные) кодируют белки, необходимые для проявления их мобильности, то другие (неавтономные) - не кодируют каких-либо полипептидов, и их мобильность полностью зависит от автономных генетических элементов: К неавтономным элементам относятся так называемые SINE (Short Interspersed Elements), или короткие ретропозоны, представляющие собой рассеянные по геному повторяющиеся последовательности ДНК длиной от 80 до 400 п.н. Мобильность этих элементов заключается в их способности к амплификации, приводящей к постепенному увеличению числа их копий в геноме в ходе эволюции. Этот процесс называется ретропозицией и включает в себя обратную транскрипцию РНК SINE. Для ретропозиции SINE используют обратную транскриптазу, закодированную в одном из видов длинных ретропозонов, или LINE (Long Interspersed Elements), относящихся к автономным мобильным элементам. Таким образом, к настоящему времени в общих чертах установлены механизмы размножения SINE. В то же время многие вопросы, связанные с путями и механизмами эволюции SINE, а также с их ролью в эволюции геномов и самих биологических видов, остаются малоизученными.
В геномах млекопитающих одного вида имеется от двух до пяти семейств коротких ретропозонов, каждое из которых содержит десятки или сотни тысяч копий, чьи нуклеотидные последовательности обычно обладают 65-90%-ным сходством. SINE транскрибируются РНК-полимеразой III, благодаря наличию в 5' -концевой части промотора РНК-полимеразы III, состоящего из двух боксов (А и В), которые разделены последовательностью длиной 30-40 п.н. Большинство SINE млекопитающих на своем 3'-конце содержат вариабельную А-богатую последовательность (хвост), что служит свидетельством ретропозиции таких SINE с участием обратной транскриптазы длинного ретропозонаЕ1.
Первыми описанными SINE были В1 грызунов и Alu приматов (Kramerov et al., 1979; Krayev et al., 1980; Deininger et al., 1981; Haynes et al., 1981). Эти элементы ведут происхождение от цитоплазматической 7SL РНК, имеющей длину 300 нуклеотидов и входящей в состав рибонуклеопротеидных частиц SRP (signal recognition particles). Позднее были открыты еще два класса SINE, чье происхождение связано с другими РНК, синтезирующимися РНК-полимеразой III. Один из них включает несколько семейств SINE рыб, произошедших из 5S рРНК (Kapitonov and Jurka, 2003; Nishihara et al., 2006). Другой, наиболее распространенный класс объединяет SINE, ведущие свое происхождение от молекул тРНК: их нуклеотидные последовательности обладают определенным сходством с тем или иным видом тРНК.
Уже давно в геноме крысы был обнаружен SINE, названный ID (Sutcliffe et al., 1982), обладающий выраженным сходством последовательности с аланиновой тРНКссс (Russo et al., 1986). ID имеет длину около 100 п.н. и представлен в геноме крысы, по крайней мере, 120 тыс. копиями. Его также выявляли в геномах мыши, хомяков и морской свинки, но в значительно меньшем числе копий (Sapienza and St-Jacques, 1986; Kim et al., 1994). Грызуны (Rodentia) образуют самый обширный отряд млекопитающих, состоящий, из 30 семейств (Hartenberger, 1985; Павлинов, 2003). И до сих пор остается неясным, насколько ID-элемент широко распространен среди многочисленных семейств грызунов и встречается ли он у других млекопитающих.
Поэтому исходной целью данной работы было выяснение распространенности среди млекопитающих SINE, ведущих свое происхождение от аланиновой тРНКссс, в первую очередь ID-элемента. Особое внимание предполагалось уделить вопросу о том, характерны ли эти элементы для всего отряда грызунов. Планировалось клонирование, секвенирование ID-элементов из геномов грызунов различных семейств с целью изучения их разнообразия и эволюции. В ходе этой работы был обнаружен SINE, содержащий помимо ID два участка, ведущих происхождение от LINE Bov-B. В связи с этим» возникла задача исследования распространенности у млекопитающих Bov-B-родственных SINE. Проводя эти исследования, мы обнаружили у одного из грызунов SINE, содержащий, помимо участков Bov-B, последовательность, родственную 5S рРНК. Это привело нас к поиску и анализу других 5 S рРНК-родственных SINE у млекопитающих. Финальным этапом работы стало построение схем возможных путей эволюции, исследованных нами SINE.
ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
В геноме высших эукариот присутствуют последовательности ДНК, которые повторяются тысячи и даже миллионы раз. Так, в геноме мыши и человека они составляют ~40-50%. Многие из этих повторов возникли вследствие активности мобильных генетических элементов, или транспозонов, которые обладают способностью к образованию своих копий в новых участках хромосом.
В зависимости от механизма этого процесса транспозоны подразделяют на два класса (Жимулев, 2006). Транспозоны класса I образуют новые копии в геноме путем обратной транскрипции РНК, синтезированной на этих генетических элементах (Miskey et al., 2005). Транспозоны класса II (ДНК-транспозоны) перемещаются в новые участки генома без участия обратной транскрипции: обычно ДНК их копий вырезается из одних участков и интегрирует в другие. Оба класса включают автономные и неавтономные элементы. Автономные транспозоны имеют открытые рамки считывания (ORF), которые кодируют белки, необходимые для транспозиции, тогда как неавтономные не кодируют таких белков, а зависят от ферментов, образующихся при экспрессии автономных транспозонов. Интеграции почти всех транспозонов сопутствует удвоение короткой последовательности в геноме хозяина в точке встраивания.
Транспозоны класса I разделяют на три группы:
1. LTR-транспозоны (или ретротранспозоны);
2. длинные диспергированные элементы, или длинные ретропозоны (LINE -Long Interspersed Elements);
3. короткие диспергированные элементы, или короткие ретропозоны (SINE-Short Interspersed Elements).
LTR-транспозоны напоминают геномы ретровирусов: у них есть длинные концевые повторы (LTR- long terminal repeats) с последовательностями, контролирующими транскрипцию, и открытые рамки считывания, которые кодируют белки, обеспечивающие транспозонную активность элемента (Tchurikov et al., 1981; Arkhipova et al., 1995). LTR-транспозоны, как правило, не образуют вирусные частицы.
LINE кодируют белки со сходной активностью, но не имеют LTRs (Di Nocera et al., 1994; Deininger and Batzer, 2002); вместо них они имеют промоторную последовательность, которая предшествует открытым рамкам считывания. С такого промотора с помощью РНК-полимеразы II происходит синтез полиаденилированной РНК, способной к трансляции.
SINE являются неавтономными ретропозонами (Deininger and Batzer, 2002;
Kramerov and Vassetzky, 2005); их внутренний промотор, располагающийся на 5' конце 7 элемента, обеспечивает транскрипцию при помощи РНК полимеразы III (pol III). Так же как и LINE, они заканчиваются А-богатым хвостом или простыми повторяющимися последовательностями.
Неавтономные элементы ДНК-транспозонов, LTR-трапспозонов и LINE обычно образуются из соответствующих автономных элементов вследствие образования делеции. Механизмы образования SINE описаны пока лишь частично. Их 5'-конец происходит от клеточной РНК (обычно тРНК); З'-концевой район SINE часто обладает сходством с 3'-концом одного из видов LINE и, видимо, SINE «получили» эти последовательности от LINE (Ohshima and Okada, 2005). Ниже представлен обзор литературы, касающейся LINE и SINE.
1.1. UNE
Типичные полноразмерные LINE имеют длину ~ 6-7 т.п.н. и содержат две открытые рамки считывания (ORF1 и ORF2). ORF1 длиной около 1000 п.н. колирует РНК-связывающий белок. ORF2 (~ 4 т.п.н.) кодирует пол и пептид со свойствами обратной транскриптазы (рис. 1).
5-нетранслируемый З-нетранслируемый регион регион
Рисунок 1. Схематическое строение полноразмерной копии LINE.
Наиболее распространенным длинным ретропозоном в геномах млекопитающих является LINF.1, или LI (Smit. 1996), на примере которого рассмотрим основные свойства LINE. Этот ретропозон составляет по массе около 17 % всей ДНК человека и представлен в геноме 5хЮ5 копиями (Lander et al., 2001). Лишь небольшая их часть является полноразмерными L1, большинство элементов представлены укороченными с 5'-конца копиями. Несмотря на то, что Ll-элементы рассеяны по всему геному, их концентрация различается в разных районах генома. Обычно Ll-элементы сконцентрированы в АТ-богатых участках, которые характеризуются низким уровнем рекомбинации и отсутствием генов. Например, IJ-элементы составляют 89% одного из районов (длиной 100 т.п.н.) хромосомы X, в то время как они практически отсутствуют в кластерах генов, содержащих гомеобоксы (Lander et al., 2001). Относительно молодые Ll-элементы нередко обнаруживаются вблизи генов, тогда как многочисленные старые копии 8 концентрируются в районах, не содержащих генов (Medstrand et al., 2002). Вероятно, что такое распределение LI объясняется их отрицательным воздействием на работу близлежащих генов и, как следствие, отбором, направленным против их сохранения вблизи генов.
Полноразмерный Ll-элемент содержит внутренний промотор для РНК-полимеразы II в 5'-нетранслируемом районе и поли(А)-хвост на 3'-конце. После транскрипции LI и транспорта РНК в цитоплазму, происходит трансляция ORF1 и ORF2. Полипептид, закодированный в ORF1, представляет собой РНК-связывающий белок р40, для которого была показана шаперонная активность в отношении нуклеиновых кислот in vitro (Martin and Bushman, 2001; Kolosha and Martin, 2003). Роль этого белка в репликации" LI-элементов пока не вполне ясна. Белки LI-элементов и их РНК собираются в рибонуклеопротеидные частицы (Martin, 1991), которые в основном находятся в цитоплазме, но, по-видимому, некоторая их часть транспортируется в ядро.
Исследования LINE позволили пролить свет на процесс ретропозиции и выдвинуть модель обратной транскрипции, затравляемой в сайте-интеграции (target-primed reverse transcription, TPRT) (Luan et al., 1993; Ostertag and Kazazian, 2001). ORF2 LINE кодируют белок с тремя ферментативными активностями: эндонуклеазы (Feng et al., 1996), обратной транскриптазы (Mathias et al., 1991) и РНКазы H. Сначала эндонуклеаза делает разрыв одной цепи в сайте ДНК-мишени, образуя -ОН на З'-конце ДНК, для того, чтобы ревертаза могла использовать его как праймер для обратной транскрипции РНК ретропозона (рис. 2). До сих пор нет достоверных данных о механизме синтеза второй цепи и репарации одноцепочечных разрывов. Существует два типа эндонуклеаз LINE: редкие, высоко-специфичные эндонуклеазы (например, закодированные в LINE R2 насекомых), которые похожи на бактериальные рестриктазы (Yang et al., 1999) и апуриновые/апиримидиновые эндонуклеазы (например, в LI), обычно низкоспецифичные или неспецифичные (Feng et al., 1996; Jurka, 1997). Если разрыв во второй цепи был сделан правее разрыва в первой цепи, это приводит к дупликации сайта мишени (рис. 2). Например, у LI млекопитающих предпочтительной точкой левого разрыва является последовательность ТТ^АААА, тогда как правый разрыв, расположенный на расстоянии 15-16 нуклеотидов, предпочтительно происходит в сайте TYTN1 (Jurka, 1997). Домен РНКазы H характерен не для всех LINE. По всей видимости, его функцией является удаление РНК матрицы после процесса ретропозиции.
ГЕНОМНАЯ ДНК САЙТ-МИШЕНЬ РЕТРОПОЗИЦИИ
I и .НИМИ t
Первый paipes I
Атака эндонуклеаэы, праймирование
Второй paipai
ЕПШШШШДШШШШШТ1^ 1
ТТТТ7
SINE РНК
ТТТТТТТТТГТТТТТТТТТТТ шшдшшшшшшшш I
Обратная транскрипция, интеграция i".-тиши I lllllilll
Репарация одноцепочечных разрывов
Фланкирующие ,. Фланкирующие повторы Ноншя КОПИЯ SINE повторы
И 11 М i 11 i 11 .tllllilllllllll
Рисунок 2. Модель обратной транскрипции, затравляемой в сайте-интеграции (target-primed reverse transcription, TPRT) (Luan et al., 1993).
Ll-элементы вовлечены в эволюцию генома. Интеграция LI-элементов в новые сайты генома чаще имеет отрицательные или нейтральные последствия, чем положительные. Интеграция L1 в кодирующую последовательность гена обычно инактивирует белок-кодирующую функцию, что было обнаружено, в случае некоторых вставок LI в экзоны генов фактора VIII свертываемости крови и дистрофина (Kazazian et al., 1988; Narita et al., 1993). С другой стороны известны случаи того, что в результате интеграции участки Ll-элемента оказываются составной частью кодирующих последовательностей генов. Интеграция LI-элементов в интроны может изменять структуру мРНК благодаря появлению в генах новых сайтов сплайсинга (Schwahn et al.,
1998; Meischl et al., 2000) и сигналов полиаденилирования (Perepelitsa-Belancio and
Deininger, 2003). Вставка копии LI перед геном может нарушать работу его регуляторных
10 последовательностей. В то же время, привнося свои собственные регуляторные последовательности, L1 может изменять экспрессию гена, что иногда оказывается полезным и закрепляться в эволюции .
При транскрипции активных копий L1 происходит считывание 3'-фланкирующих последовательностей, в результате чего, РНК L1 часто содержит на своем конце длинные дополнительные последовательности, в частности, экзоны генов. При ретропозиции таких последовательностей в другие гены, последние могут приобретать новые экзоны. Благодаря такому процессу, получившему название «перетасовка экзонов» (exon shuffling) (Moran et al., 1999), L1-элементы играют важную роль в эволюции генов.
Существует также гипотеза о том, что интеграция L1-элементов в межгенные районы увеличивает расстояние между генами и тем самым увеличивает частоту рекомбинации, то есть уменьшают сцепленность этих генов. Это в свою очередь должно увеличивать эффективность независимого отбора генов и способствовать эволюции организмов (Comeron, 2001).
Заключение Диссертация по теме "Молекулярная биология", Гоголевский, Константин Петрович
выводы
1. Мобильный генетический элемент ID, относящийся к классу коротких ретропозонов, или SINE, и ведущий происхождение от аланиновой тРНКссс, характерен для всего отряда грызунов, но не других млекопитающих. Число копий ID варьирует в геномах исследованных грызунов от 25000 до 550000.
2. Описан ряд семейств сложных (димерных) SINE, образованных элементами ID и В1. В одних из них ID является левым мономером, а В1 — правым; для других характерен противоположный порядок расположения мономеров. В геномах гоферов (Geomyidae) и мешотчатых прыгунов (Heteromyidae) обнаружен другой тип димерного SINE: в нем ID играет роль левого мономера, а 70-нуклеотидная последовательность (Geo) неизвестного происхождения выступает в качестве правого мономера. Видимо, димеризация SINE является важным механизмом их эволюции.
3. Из генома капского долгонога (Rodentia, Pedetidae) были выделены SINE двух семейств. На 5'-конце Ped-1 содержит 5S рРНК-родственную последовательность, а Ped-2 - ID-элемент. Оба они, как и некоторые SINE (Mar-1, Bov-tA и AfroSINE) других млекопитающих, содержат на 3'-конце участок, длиною около ПО п.н., гомологичный двум районам длинного ретропозона (LINE) Bov-B: один из них расположен в начале Bov-В, другой - на самом его конце. По-видимому, LINE Bov-B участвует в размножении таких SINE в геноме. Получены данные, указывающие на то, что долгоног приобрел LINE Bov-B в результате горизонтального переноса от одного из млекопитающих надотряда Afrotheria. В то же время разные семейства Bov-B-мобилизуемых SINE возникали в эволюции независимо.
4. Описаны два семейства SINE, характерных для геномов крыланов (Chiroptera, Megachiroptera), но не других рукокрылых. Один из них (Meg-S) состоит из 5S рРНК-родственной последовательности и А-богатого хвоста, тогда как другой (Meg-L) содержит также дополнительную 70-нуклеотидную последовательность. Наличие А-богатого хвоста в этих SINE указывает на то, что в их размножении участвует LINE-1.
БЛАГОДАРНОСТИ
Автор выражает искреннюю благодарность своему научному руководителю -Дмитрию Александровичу Крамерову за терпеливое обучение навыкам работы, а также за внимательное и чуткое руководство. Автор благодарит Н.С. Васецкого за помощь и ценные советы в компьютерной обработке данных, а также всех сотрудников лаборатории эволюции геномов эукариот за хорошую творческую атмосферу в лаборатории. Отдельная благодарность всем, кто предоставил образцы тканей и ДНК, которые были использованы в данной работе.
5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В настоящей работе описано, по крайней мере, 6 новых семейств SINE млекопитающих. Их анализ показал, что одним из типичных направлений их эволюции является удлинение и усложнение их структуры. Иногда это выражается в объединении разных, ранее независимых SINE, т.е. их димеризации. Часто происходит добавление к 3'-концу "простого" SINE иных последовательностей: в одних случаях - ДНК неизвестного происхождения, в других — участков LINE. Можно предположить, что такое усложнение структуры SINE способствует их успешности как ретропозонов и позволяет противостоять репрессирующей активности организма-хозяина.
Кроме того, мы существенно расширили класс Воу-В-мобилизуемых SINE, показав, что к нему относятся не только Bov-tA и Маг-1, но и три других SINE (Ped-1, Ped-2, а также AfroSINE). Это позволило нам заключить, что формирование З'-концевого района этих SINE из двух участков Bov-B LINE носит закономерный характер. Полученные в работе данные являют второй пример горизонтального переноса LINE Bov-В, указывая на то, что это явление достаточно характерно для Bov-B, в отличие от других мобильных элементов этого типа.
Наконец, мы существенно расширили класс 5S рРНК-родственных SINE, впервые описав молодые, видимо, активные SINE этого класса у млекопитающих. Наши данные свидетельствуют, что образование 5S рРНК-родственных SINE хотя и редкое, но не уникальное событие.
Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Гоголевский, Константин Петрович, Москва
1. Adkins, R.M., Gelke, E.L., Rowe, D. and Honeycutt, R.L.: Molecular phylogeny and divergence time estimates for major rodent groups: evidence from multiple genes. Mol BiolEvol 18 (2001) 777-91.
2. Allen, T.A., Von Kaenel, S., Goodrich, J.A. and Kugel, J.F.: The SINE-encoded mouse B2 RNA represses mRNA transcription in response to heat shock. Nat Struct Mol Biol 11 (2004) 816-21.
3. Arkhipova, I.R., Lyubomirskaya, N.V. and Ilyin, Y.V.: Drosophila Retrotransposons. R.G. Landes Company, Austin, 1995.
4. Arnaud, P., Yukawa, Y., Lavie, L., Pelissier, T., Sugiura, M. and Deragon, J.M.: Analysis of the SINE SI Pol III promoter from Brassica; impact of methylation and influence of external sequences. Plant J 26 (2001) 295-305.
5. Babich, V., Aksenov, N., Alexeenko, V., Oei, S.L., Buchlow, G. and Tomilin, N.: Association of some potential hormone response elements in human genes with the Alu family repeats. Gene 239 (1999) 341-9.
6. Bhattacharya, R., Perumal, K., Sinha, K., Maraia, R. and Reddy, R.: Methylphosphate cap structure in small RNAs reduces the affinity of RNAs to La protein. Gene Expr 10 (2002) 243-53.
7. Bird, A.P.: DNA methylation and the frequency of CpG in animal DNA. Nucleic Acids Res 8 (1980) 1499-504.
8. Borchert, G.M., Lanier, W. and Davidson, B.L.: RNA polymerase III transcribes human microRNAs. Nat Struct Mol Biol 13 (2006) 1097-101.
9. Borodulina, O.R. and Kramerov, D.A.: Wide distribution of short interspersed elements among eukaryotic genomes. FEBS Lett 457 (1999) 409-13.
10. Borodulina, O.R. and Kramerov, D.A.: Short interspersed elements (SINEs) from insectivores. Two classes of mammalian SINEs distinguished by A-rich tail structure. Mamm Genome 12 (2001) 779-86.
11. Borodulina, O.R. and Kramerov, D.A.: PCR-based approach to SINE isolation: Simple and complex SINEs. Gene 349 (2005) 197-205.
12. Brini, A.T., Lee, G.M. and Kinet, J.P.: Involvement of Alu sequences in the cell-specific regulation of transcription of the gamma chain of Fc and T cell receptors. J Biol Chem 268 (1993) 1355-61.
13. Brookfleld, J.F.: The ecology of the genome mobile DNA elements and their hosts. Nat Rev Genet 6 (2005) 128-36.
14. Burke, W.D., Malik, H.S., Rich, S.M. and Eickbush, T.H.: Ancient lineages of non-LTR retrotransposons in the primitive eukaryote, Giardia lamblia. Mol Biol Evol 19 (2002) 619-30.
15. Chesnokov, I. and Schmid, C.W.: Flanking sequences of an Alu source stimulate transcription in vitro by interacting with sequence-specific transcription factors. J Mol Evol 42 (1996) 30-6.
16. Christensen, S.M., Ye, J. and Eickbush, T.H.: RNA from the 5' end of the R2 retrotransposon controls R2 protein binding to and cleavage of its DNA target site. Proc Natl Acad Sci U S A 103 (2006) 17602-7.
17. Chu, W.M., Ballard, R., Carpick, B.W., Williams, B.R. and Schmid, C.W.: Potential Alu function: regulation of the activity of double-stranded RNA-activated kinase PKR. Mol Cell Biol 18(1998) 58-68.
18. Chu, W.M., Ballard, R.E. and Schmid, C.W.: Palindromic sequences preceding the terminator increase polymerase III template activity. Nucleic Acids Res 25 (1997) 207782.
19. Churakov, G., Smit, A.F., Brosius, J. and Schmitz, J.: A Novel Abundant Family of Retroposed Elements (DAS-SINEs) in the Nine-Banded Armadillo (Dasypus novemcinctus). Mol Biol Evol 22 (2005) 886-893.
20. Claverie-Martin, F., Gonzalez-Acosta, H., Flores, C., Anton-Gamero, M. and Garcia-Nieto, V.: De novo insertion of an Alu sequence in the coding region of the CLCN5 gene results in Dent's disease. Hum Genet 113 (2003) 480-5.
21. Comeron, J.M.: What controls the length of noncoding DNA? Curr Opin Genet Dev 11 (2001) 652-9.
22. Daniels, G.R. and Deininger, P.L.: A second major class of Alu family repeated DNA sequences in a primate genome. Nucleic Acids Res 11 (1983) 7595-610.
23. Daniels, G.R. and Deininger, P.L.: Repeat sequence families derived from mammalian tRNA genes. Nature 317 (1985) 819-22.
24. DeChiara, T.M. and Brosius, J.: Neural BC1 RNA: cDNA clones reveal nonrepetitive sequence content. Proc Natl Acad Sci U S A 84 (1987) 2624-8.
25. Deininger, P.L. and Batzer, M.A.: Alu repeats and human disease. Mol Genet Metab 67 (1999) 183-93.
26. Deininger, P.L. and Batzer, M.A.: Mammalian retroelements. Genome Res 12 (2002) 1455-65.
27. Deininger, P.L. and Daniels, G.R.: The recent evolution of mammalian repetitive DNA elements Trends in Genetics 2 (1986) 76-80
28. Deininger, P.L., Jolly, D.J., Rubin, C.M., Friedmann, T. and Schmid, C.W.: Base sequence studies of 300 nucleotide renatured repeated human DNA clones. J Mol Biol 151 (1981) 17-33.
29. Dewannieux, M., Esnault, C. and Heidmann, T.: LINE-mediated retrotransposition of marked Alu sequences. Nat Genet 35 (2003) 41-8.
30. Dewannieux, M. and Heidmann, T.: LI-mediated retrotransposition of murine B1 and B2 SINEs recapitulated in cultured cells. J Mol Biol 349 (2005a) 241-7.
31. Dewannieux, M. and Heidmann, T.: Role of poly(A) tail length in Alu retrotransposition. Genomics 86 (2005b) 378-81.
32. Di Nocera, P.P., Contursi, C. and Minchiotti, G.: LINE-related elements in Drosophila melanogaster. Genetica 94 (1994) 173-80.
33. Doolittle, W.F. and Sapienza, C.: Selfish genes, the phenotype paradigm and genome evolution. Nature 284 (1980) 601-3.
34. Ebihara, M., Ohba, H., Ohno, S.I. and Yoshikawa, T.: Genomic organization and promoter analysis of the human nicotinic acetylcholine receptor alpha6 subunit (CHNRA6) gene: Alu and other elements direct transcriptional repression. Gene 298 (2002) 101-8.
35. Elder, J.T., Pan, J., Duncan, C.H. and Weissman, S.M.: Transcriptional analysis of interspersed repetitive polymerase III transcription units in human DNA. Nucleic Acids Res 9 (1981) 1171-89.
36. Espinoza, C.A., Allen, T.A., Hieb, A.R., Kugel, J.F. and Goodrich, J.A.: B2 RNA binds directly to RNA polymerase II to repress transcript synthesis. Nat Struct Mol Biol 11 (2004) 822-9.
37. Espinoza, C.A., Goodrich, J. A. and Kugel, J.F.: Characterization of the structure, function, and mechanism of B2 RNA, an ncRNA repressor of RNA polymerase II transcription. Rna 13 (2007) 583-96.
38. Farwick, A., Jordan, U., Fuellen, G., Huchon, D., Catzeflis, F., Brosius, J. and Schmitz, J.: Automated scanning for phylogenetically informative transposed elements in rodents. Syst Biol 55(2006) 936-48.
39. Felsenstein, J.: PHYLIP Phylogeny Inference Package (Version 3.2). Cladistics 5 (1989) 164-6.
40. Feng, Q., Moran, J.V., Kazazian, H.H., Jr. and Boeke, J.D.: Human LI retrotransposon encodes a conserved endonuclease required for retrotransposition. Cell 87 (1996) 905-16.
41. Fornace, A .J., Jr. and Mitchell, J.B.: Induction of B2 RNA polymerase III transcription by heat shock: enrichment for heat shock induced sequences in rodent cells by hybridization subtraction. Nucleic Acids Res 14 (1986) 5793-811.
42. Fornasari, D., Battaglioli, E., Flora, A., Terzano, S. and Clementi, F.: Structural and functional characterization of the human alpha3 nicotinic subunit gene promoter. Mol Pharmacol 51 (1997) 250-61.
43. Gilbert, N. and Labuda, D.: CORE-SINEs: eukaryotic short interspersed retroposing elements with common sequence motifs. Proc Natl Acad Sci USA 96 (1999) 2869-74.
44. Gilbert, N. and Labuda, D.: Evolutionary inventions and continuity of CORE-SINEs in mammals. J Mol Biol 298 (2000) 365-77.f
45. Gogolevskaya, I.K., Koval, A.P. and Kramerov, D.A.: Evolutionary History of 4.5SH RNA. Mol Biol Evol (2005).
46. Gogolevskaya, I.K. and Kramerov, D.A.: Evolutionary history of 4.5SI RNA and indication that it is functional. J Mol Evol 54 (2002) 354-64.
47. Goodier, J.L. and Maraia, R.J.: Terminator-specific recycling of a Bl-Alu transcription complex by RNA polymerase III is mediated by the RNA terminus-binding protein La. J Biol Chem 273 (1998) 26110-6.
48. Hallenberg, C., Nederby Nielsen, J. and Frederiksen, S.: Characterization of 5S rRNA genes from mouse. Gene 142 (1994) 291-5.
49. Hambor, J.E., Mennone, J., Coon, M.E., Hanke, J.H. and Kavathas, P.: Identification and characterization of an Alu-containing, T-cell-specific enhancer located in the last intron of the human CD8 alpha gene. Mol Cell Biol 13 (1993) 7056-70.
50. Hanke, J.H., Hambor, J.E. and Kavathas, P.: Repetitive Alu elements form a cruciform structure that regulates the function of the human CD8 alpha T cell-specific enhancer. J Mol Biol 246(1995) 63-73.
51. Hasler, J. and Strub, K.: Alu elements as regulators of gene expression. Nucleic Acids Res 34 (2006) 5491-7.
52. Haynes, S.R. and Jelinek, W.R.: Low molecular weight RNAs transcribed in vitro by RNA polymerase III from Alu-type dispersed repeats in Chinese hamster DNA are also found in vivo. Proc Natl Acad Sei USA 78 (1981) 6130-4.
53. Hellmann-Blumberg, U., Hintz, M.F., Gatewood, J.M. and Schmid, C.W.: Developmental differences in methylation of human Alu repeats. Mol Cell Biol 13 (1993) 4523-30.
54. Hilder, V.A., Dawson, G.A. and Vlad, M.T.: Ribosomal 5S genes in relation to C-value in amphibians. Nucleic Acids Res 11 (1983) 2381-90.
55. Hua-Van, A., Le Rouzic, A., Maisonhaute, C. and Capy, P.: Abundance, distribution and dynamics of retrotransposable elements and transposons: similarities and differences. Cytogenet Genome Res 110 (2005) 426-40.
56. Huchon, D. and Douzery, E.J.: From the Old World to the New World: a molecular chronicle of the phylogeny and biogeography of hystricognath rodents. Mol. Phylogenet. Evol. 20 (2001)238-51.
57. Inoue, H., Nojima, H. and Okayama, H.: High efficiency transformation of Escherichia coli with plasmids. Gene 96 (1990) 23-8.
58. Jagadeeswaran, P., Forget, B.G. and Weissman, S.M.: Short interspersed repetitive DNA elements in eucaryotes: transposable DNA elements generated by reverse transcription of RNA pol III transcripts? Cell 26 (1981) 141-2.
59. Jobse, C., Buntjer, J.B., Haagsma, N., Breukelman, H.J., Beintema, J.J. and Lenstra, J.A.: Evolution and recombination of bovine DNA repeats. J Mol Evol 41 (1995) 277-83.
60. Johnson, E.M., Kinoshita, Y., Weinreb, D.B., Wortman, M.J., Simon, R., Khalili, K., Winckler, B. and Gordon, J,: Role of Pur alpha in targeting mRNA to sites of translation in hippocampal neuronal dendrites. J Neurosci Res 83 (2006) 929-43.
61. Jurka, J.: Sequence patterns indicate an enzymatic involvement in integration of mammalian retroposons. Proc Natl Acad Sci USA 94 (1997) 1872-7.
62. Kajikawa, M. and Okada, N.: LINEs mobilize SINEs in the eel through a shared 3' sequence. Cell 111 (2002) 433-44.
63. Kapitonov, V.V, and Jurka, J.: A Novel Class of SINE Elements Derived from 5S rRNA. Mol Biol Evol 20 (2003) 694-702.
64. Kazazian, H.H., Jr., Wong, C., Youssoufian, H., Scott, A.F., Phillips, D.G. and Antonarakis, S.E.: Haemophilia A resulting from de novo insertion of LI sequences represents a novel mechanism for mutation in man. Nature 332 (1988) 164-6.t
65. Keim, P. and Lark, K.G.: The sequence of the 3.3-kilobase repetitive element from Dipodomys ordii suggests a mechanism for its amplification and interspersion. J Mol Evol 25 (1987) 65-73.
66. Kim, J., Martignetti, J.A., Shen, M.R., Brosius, J. and Deininger, P.: Rodent BC1 RNA gene as a master gene for ID element amplification. Proc Natl Acad Sci U S A 91 (1994) 3607-11.
67. Knebelmann, B., Forestier, L., Drouot, L., Quinones, S., Chuet, C., Benessy, F., Saus, J. and Antignac, C.: Splice-mediated insertion of an Alu sequence in the COL4A3 mRNA causing autosomal recessive Alport syndrome. Hum Mol Genet 4 (1995) 675-9.
68. Kobayashi, S. and Anzai, K.: An E-box sequence acts as a transcriptional activator for BC1 RNA expression by RNA polymerase III in the brain. Biochem Biophys Res Commun 245 (1998) 59-63.
69. Kolosha, V.O. and Martin, S.L.: High-affinity, non-sequence-specific RNA binding by the open reading frame 1 (ORF1) protein from long interspersed nuclear element 1 (LINE-1). J Biol Chem 278 (2003) 8112-7.
70. Kordis, D. and Gubensek, F.: Bov-B long interspersed repeated DNA (LINE) sequences are present in Vipera ammodytes phospholipase A2 genes and in genomes of Viperidae snakes. Eur J Biochem 246 (1997) 772-9.
71. Kordis, D. and Gubensek, F.: The Bov-B lines found in Vipera ammodytes toxic PLA2 genes are widespread in snake genomes. Toxicon 36 (1998) 1585-90.
72. Kordis, D. and Gubensek, F.: Horizontal transfer of non-LTR retrotransposons in vertebrates. Genetica 107 (1999) 121-8.
73. Kramerov, D., Vassetzky, N. and Serdobova, I.: The evolutionary position of dormice (Gliridae) in Rodentia determined by a novel short retroposon. Mol Biol Evol (1999) 715-716.
74. Kramerov, D.A., Lekakh, I.V., Samarina, O.P. and Ryskov, A.P.: The sequences homologous to major interspersed repeats B1 and B2 of mouse genome are present in mRNA and small cytoplasmic poly(A) + RNA. Nucleic Acids Res 10 (1982) 7477-91.
75. Kramerov, D.A., Tillib, S.V., Ryskov, A.P. and Georgiev, G.P.: Nucleotide sequence of small polyadenylated B2 RNA. Nucleic Acids Res 13 (1985) 6423-37.
76. Kramerov, D.A., Tillib, S.V., Shumyatsky, G.P. and Georgiev, G.P.: The most abundant nascent poly(A) + RNAs are transcribed by RNA polymerase III in murine tumor cells. Nucleic Acids Res 18 (1990) 4499-506.
77. Kramerov, D.A. and Vassetzky, N.S.: Structure and origin of a novel dimeric retroposon Bl-diD. J Mol Evol 52 (2001) 137-43.
78. Kramerov, D.A. and Vassetzky, N.S.: Short retroposons in eukaryotic genomes. Int Rev Cytol 247(2005) 165-221.
79. Krayev, A.S., Markusheva, T.V., Kramerov, D.A., Ryskov, A.P., Skryabin, K.G., Bayev, A.A. and Georgiev, G.P.: Ubiquitous transposon-like repeats B1 and B2 of the mouse genome: B2 sequencing. Nucleic Acids Res 10 (1982) 7461-75.
80. Labuda, D., Sinnett, D., Richer, C., Deragon, J.M. and Striker, G.: Evolution of mouse B1 repeats: 7SL RNA folding pattern conserved. J Mol Evol 32 (1991) 405-14.
81. Lawrence, C.B., McDonnell, D.P. and Ramsey, W.J.: Analysis of repetitive sequence elements containing tRNA-like sequences. Nucleic Acids Res 13 (1985) 4239-52.
82. Lee, S.Y. and Rasheed, S.: A simple procedure for maximum yield of high-quality plasmid DNA. Biotechniques 9 (1990) 676-9.
83. Lin, Z., Nomura, O., Hayashi, T., Wada, Y. and Yasue, H.: Characterization of a SINE species from vicuna and its distribution in animal species including the family Camelidae. Mamm Genome 12 (2001) 305-8.
84. Liu, W.M., Chu, W.M., Choudary, P.V. and Schmid, C.W.: Cell stress and translational inhibitors transiently increase the abundance of mammalian SINE transcripts. Nucleic Acids Res 23 (1995) 1758-65.
85. Lovsin, N., Gubensek, F. and Kordi, D.: Evolutionary dynamics in a novel L2 clade of non-LTR retrotransposons in Deuterostomia. Mol Biol Evol 18 (2001) 2213-24.
86. Luan, D.D. and Eickbush, T.H.: RNA template requirements for target DNA-primed reverse transcription by the R2 retrotransposable element. Mol Cell Biol 15 (1995) 388291.
87. Luan, D.D., Korman, M.H., Jakubczak, J.L. and Eickbush, T.H.: Reverse transcription of R2Bm RNA is primed by a nick at the chromosomal target site: a mechanism for non-LTR retrotransposition. Cell 72 (1993) 595-605.
88. Ludwig, A., Rozhdestvensky, T.S., Kuryshev, V.Y., Schmitz, J. and Brosius, J.: An unusual primate locus that attracted two independent Alu insertions and facilitates their transcription. J Mol Biol 350 (2005) 200-14.
89. Makalowski, W., Mitchell, G.A. and Labuda, D.: Alu sequences in the coding regions of mRNA: a source of protein variability. Trends Genet 10 (1994) 188-93.
90. Malik, H.S., Burke, W.D. and Eickbush, T.H.: The age and evolution of non-LTR retrotransposable elements. Mol Biol Evol 16 (1999) 793-805.
91. Malik, H.S. and Eickbush, T.H.: The RTE class of non-LTR retrotransposons is widely distributed in animals and is the origin of many SINEs. Mol Biol Evol 15 (1998) 112334.
92. Maraia, R.J.: La protein and the trafficking of nascent RNA polymerase iii transcripts. J Cell Biol 153 (2001) F13-8.
93. Martignetti, J.A. and Brosius, J.: Neural BC1 RNA as an evolutionary marker: guinea pig remains a rodent. Proc Natl Acad Sci U S A 90 (1993) 9698-702.
94. Martignetti, J. A. and Brosius, J.: BC1 RNA: transcriptional analysis of a neural cell-specific RNA polymerase III transcript. Mol Cell Biol 15 (1995) 1642-50.
95. Martin, S.L.: Ribonucleoprotein particles with LINE-1 RNA in mouse embryonal carcinoma cells. Mol Cell Biol 11 (1991) 4804-7.
96. Martin, S.L. and Bushman, F.D.: Nucleic acid chaperone activity of the ORF1 protein from the mouse LINE-1 retrotransposon. Mol Cell Biol 21 (2001) 467-75.
97. Mathews, D.H., Sabina, J., Zuker, M. and Turner, D.H.: Expanded sequence dependence of thermodynamic parameters improves prediction of RNA secondary structure. J Mol Biol 288 (1999) 911-40.
98. Mathias, S.L., Scott, A.F., Kazazian, H.H., Jr., Boeke, J.D. and Gabriel, A.: Reverse transcriptase encoded by a human transposable element. Science 254 (1991) 1808-10.
99. Matsumoto, K., Murakami, K. and Okada, N.: Pseudouridylic modification of a 6S RNA transcribed in vitro from highly repetitive and transcribable (Hirt) sequences of salmon total DNA. Biochem Biophys Res Commun 124 (1984) 514-22.
100. Matveev, V., Nishihara, H. and Okada, N.: Novel SINE families from salmons validate Parahucho (Salmonidae) as a distinct genus and give evidence that SINEs can incorporate LINE-related 3'-tails of other SINEs. Mol Biol Evol 24 (2007) 1656-66.
101. Medstrand, P., van de Lagemaat, L.N. and Mager, D.L.: Retroelement distributions in the human genome: variations associated with age and proximity to genes. Genome Res 12 (2002) 1483-95.
102. Meischl, C., Boer, M., Ahlin, A. and Roos, D.: A new exon created by intronic insertion of a rearranged LINE-1 element as the cause of chronic granulomatous disease. Eur J Hum Genet 8 (2000) 697-703.
103. Melamed, P., Chong, K.L. and Johansen, M.V.: Evidence for lateral gene transfer from salmonids to two Schistosome species. Nat Genet 36 (2004) 786-7.
104. Miskey, C., Izsvak, Z., Kawakami, K. and Ivies, Z.: DNA transposons in vertebrate functional genomics. Cell Mol Life Sci 62 (2005) 629-41.
105. Modrek, B. and Lee, C.: A genomic view of alternative splicing. Nat Genet 30 (2002) 139.
106. Moran, J.V., DeBerardinis, R.J. and Kazazian, H.H., Jr.: Exon shuffling by LI retrotransposition. Science 283 (1999) 1530-4.
107. Muslimov, I.A., Lin, Y., Heller, M., Brosius, J., Zakeri, Z. and Tiedge, H.: A small RNA in testis and brain: implications for male germ cell development. J Cell Sci 115 (2002) 1243-50.
108. Muslimov, I.A., Santi, E., Homel, P., Perini, S., Higgins, D. and Tiedge, H.: RNA transport in dendrites: a cis-acting targeting element is contained within neuronal BC1 RNA. JNeurosci 17 (1997) 4722-33.
109. Nicholls, R.D., Fischel-Ghodsian, N. and Higgs, D.R.: Recombination at the human alpha-globin gene cluster: sequence features and topological constraints. Cell 49 (1987) 369-78.126,127.128.129,130,131,132133,134,135,136,137,138,
110. Nikaido, M., Nishihara, H., Hukumoto, Y. and Okada, N.: Ancient SINEs from African endemic mammals. Mol Biol Evol 20 (2003) 522-7.
111. Nishihara, H., Smit, A.F. and Okada, N.: Functional noncoding sequences derived from
112. SINEs in the mammalian genome. Genome Res 16 (2006) 864-74.
113. Nissen, P.H., Damgaard, D., Stenderup, A., Nielsen, G.G., Larsen, M.L. and Faergeman,
114. O.: Genomic characterization of five deletions in the LDL receptor gene in Danish
115. Familial Hypercholesterolemic subjects. BMC Med Genet 7 (2006) 55.
116. Norris, J., Fan, D., Aleman, C., Marks, J.R., Futreal, P.A., Wiseman, R.W., Iglehart, J.D.,
117. Deininger, P.L. and McDonnell, D.P.: Identification of a new subclass of Alu DNArepeats which can function as estrogen receptor-dependent transcriptional enhancers. J
118. Biol Chem 270 (1995) 22777-82.
119. Ohshima, K. and Okada, N.: SINEs and LINEs: symbionts of eukaryotic genomes with a common tail. Cytogenet Genome Res 110 (2005) 475-90.
120. Okubo, M., Horinishi, A., Saito, M., Ebara, T., Endo, Y., Kaku, K., Murase, T. and Eto, M.: A novel complex deletion-insertion mutation mediated by Alu repetitive elements leads to lipoprotein lipase deficiency. Mol Genet Metab 92 (2007) 229-33.
121. Orgel, L.E. and Crick, F.H.: Selfish DNA: the ultimate parasite. Nature 284 (1980) 6047.
122. Ostertag, E.M. and Kazazian, H.H., Jr.: Twin priming: a proposed mechanism for the creation of inversions in LI retrotransposition. Genome Res 11 (2001) 2059-65.
123. Paule, M.R. and White, R.J.: Survey and summary: transcription by RNA polymerases I and III. Nucleic Acids Res 28 (2000) 1283-98.
124. Perepelitsa-Belancio, V. and Deininger, P.: RNA truncation by premature polyadenylation attenuates human mobile element activity. Nat Genet 35 (2003) 363-6.
125. Piedrafita, F.J., Molander, R.B., Vansant, G., Orlova, E.A., Pfahl, M. and Reynolds, W.F.: An Alu element in the myeloperoxidase promoter contains a composite SP1-thyroid hormone-retinoic acid response element. J Biol Chem 271 (1996) 14412-20.
126. Pinsker, W., Haring, E., Hagemann, S. and Miller, W.J.: The evolutionary life history of P transposons: from horizontal invaders to domesticated neogenes. Chromosoma 110 (2001) 148-58.
127. Piskurek, O., Nikaido, M., Boeadi, Baba, M. and Okada, N.: Unique mammalian tRNA-derived repetitive elements in dermopterans: the t-SINE family and its retrotransposition through multiple sources. Mol Biol Evol 20 (2003) 1659-68.
128. Quentin, Y.: A master sequence related to a free left Alu monomer (FLAM) at the origin of the B1 family in rodent genomes. Nucleic Acids Res 22 (1994) 2222-7.
129. Quincey, R.V. and Wilson, S.H.: The utilization of genes for ribosomal RNA, 5S RNA, and transfer RNA in liver cells of adult rats. Proc Natl Acad Sci U S A 64 (1969) 981-8.
130. Rogers, J.H.: The origin and evolution of retroposons. Int Rev Cytol 93 (1985) 187-279.
131. Ronquist, F. and Huelsenbeck, J.P.: MrBayes 3: Bayesian phylogenetic inference under mixed models. Bioinformatics 19 (2003) 1572-4.
132. Roy-Engel, A.M., El-Sawy, M., Farooq, L., Odom, G.L., Perepelitsa-Belancio, V., Bruch, H., Oyeniran, O.O. and Deininger, P.L.: Human retroelements may introduce intragenic polyadenylation signals. Cytogenet Genome Res 110 (2005) 365-71.
133. Roy-Engel, A.M., Salem, A.H., Oyeniran, O.O., Deininger, L., Hedges, D.J., Kilroy, G.E., Batzer, M.A. and Deininger, P.L.: Active Alu element "A-tails": size does matter. Genome Res 12 (2002) 1333-44.
134. Roy, A.M., West, N.C., Rao, A., Adhikari, P., Aleman, C., Barnes, A.P. and Deininger, P.L.: Upstream flanking sequences and transcription of SINEs. J Mol Biol 302 (2000) 1725.
135. Russo, T., Costanzo, F., Oliva, A., Ammendola, R., Duilio, A., Esposito, F. and Cimino, F.: Structure and in vitro transcription of tRNA gene clusters containing the primers of MuLV reverse transcriptase. Eur J Biochem 158 (1986) 437-42.
136. Ryskov, A.P., Ivanov, P.L., Kramerov, D.A. and Georgiev, G.P.: Mouse ubiquitous B2 repeat in polysomal and cytoplasmic poly(A)+RNAs: uniderectional orientation and 3'-end localization. Nucleic Acids Res 11 (1983) 6541-58.
137. Sakamoto, K. and Okada, N.: Rodent type 2 Alu family, rat identifier sequence, rabbit C family, and bovine or goat 73-bp repeat may have evolved from tRNA genes. J Mol Evol 22 (1985) 134-40.
138. Sapienza, C. and St-Jacques, B.: 'Brain-specific' transcription and evolution of the identifier sequence. Nature 319 (1986) 418-20.
139. Schoeniger, L.O. and Jelinek, W.R.: 4.5S RNA is encoded by hundreds of tandemly linked genes, has a short half-life, and is hydrogen bonded in vivo to poly(A)-terminated RNAs in the cytoplasm of cultured mouse cells. Mol Cell Biol 6 (1986) 1508-19.
140. Schramm, L. and Hernandez, N.: Recruitment of RNA polymerase III to its target promoters. Genes Dev 16 (2002) 2593-620.
141. Serdobova, I.M. and Kramerov, D.A.: Short retroposons of the B2 superfamily: evolution and application for the study of rodent phylogeny. J Mol Evol 46 (1998) 202-14.
142. Shaikh, T.H., Roy, A.M., Kim, J., Batzer, M.A. and Deininger, P.L.: cDNAs derived from primary and small cytoplasmic Alu (scAlu) transcripts. J Mol Biol 271 (1997) 22234.
143. Sharan, C., Hamilton, N.M., Pari, A.K., Singh, P.K. and Chaudhuri, G.: Identification and characterization of a transcriptional silencer upstream of the human BRCA2 gene. Biochem Biophys Res Commun 265 (1999) 285-90.
144. Shedlock, A.M. and Okada, N.: SINE insertions: powerful tools for molecular systematics. Bioessays 22 (2000) 148-60.
145. Shimamura, M., Nikaido, M., Ohshima, K. and Okada, N.: A SINE that acquired a role in signal transduction during evolution. Mol Biol Evol 15 (1998) 923-5.
146. Shimamura, M., Yasue, H., Ohshima, K., Abe, H., Kato, H., Kishiro, T., Goto, M., Munechika, I. and Okada, N.: Molecular evidence from retroposons that whales form a clade within even-toed ungulates. Nature 388 (1997) 666-70.
147. Shimba, S., Buckley, B., Reddy, R., Kiss, T. and Filipowicz, W.: Cap structure of U3 small nucleolar RNA in animal and plant cells is different. gamma-Monomethyl phosphate cap structure in plant RNA. J Biol Chem 267 (1992) 13772-7.
148. Shumyatsky, G., Wright, D. and Reddy, R.: Methylphosphate cap structure increases the stability of 7SK, B2 and U6 small RNAs in Xenopus oocytes. Nucleic Acids Res 21 (1993) 4756-61.
149. Shumyatsky, G.P., Tillib, S.V. and Kramerov, D.A.: B2 RNA and 7SK RNA, RNA polymerase III transcripts, have a cap-like structure at their 5' end. Nucleic Acids Res 18 (1990) 6347-51.
150. Singh, R. and Reddy, R.: Gamma-monomethyl phosphate: a cap structure in spliceosomal U6 small nuclear RNA. Proc Natl Acad Sci USA 86 (1989) 8280-3.
151. Smit, A.F.: The origin of interspersed repeats in the human genome. Curr Opin Genet Dev 6 (1996) 743-8.
152. Sorek, R., Ast, G. and Graur, D.: Alu-containing exons are alternatively spliced. Genome Res 12 (2002) 1060-7.
153. Sorensen, P.D. and Frederiksen, S.: Characterization of human 5S rRNA genes. Nucleic Acids Res 19 (1991) 4147-51.
154. Steppan, S., Adkins, R. and Anderson, J.: Phylogeny and divergence-date estimates of rapid radiations in muroid rodents based on multiple nuclear genes. Syst. Biol. 53 (2004) 533-53.
155. Sutcliffe, J.G., Milner, R.J., Bloom, F.E. and Lerner, R.A.: Common 82-nucleotide sequence unique to brain RNA. Proc Natl Acad Sci USA 79 (1982) 4942-6.
156. Szemraj, J., Plucienniczak, G., Jaworski, J. and Plucienniczak, A.: Bovine Alu-like sequences mediate transposition of a new site-specific retroelement. Gene 152 (1995) 261-4.
157. Tchurikov, N.A. and Kretova, O.V.: Suffix-specific RNAi leads to silencing of F element in Drosophila melanogaster. PLoS ONE 2 (2007) e476.
158. Thorey, I.S., Cecena, G., Reynolds, W. and Oshima, R.G.: Alu sequence involvement in transcriptional insulation of the keratin 18 gene in transgenic mice. Mol Cell Biol 13 (1993) 6742-51.
159. Tiedge, H., Chen, W. and Brosius, J.: Primary structure, neural-specific expression, and dendritic location of human BC200 RNA. J Neurosci 13 (1993) 2382-90.
160. Tomilin, N.V.: Control of genes by mammalian retroposons. Int Rev Cytol 186 (1999) 148.
161. Toyoda, N., Zavacki, A.M., Maia, A.L., Harney, J.W. and Larsen, P.R.: A novel retinoid X receptor-independent thyroid hormone response element is present in the human type 1 deiodinase gene. Mol Cell Biol 15 (1995) 5100-12.
162. Ullu, E. and Tschudi, C.: Alu sequences are processed 7SL RNA genes. Nature 312 (1984) 171-2.
163. Vansant, G. and Reynolds, W.F.: The consensus sequence of a major Alu subfamily contains a functional retinoic acid response element. Proc Natl Acad Sei U S A 92 (1995) 8229-33.
164. Vassetzky, N.S., Ten, O.A. and Kramerov, D.A.: B1 and related SINEs in mammalian genomes. Gene 319 (2003) 149-60.
165. Vervoort, R., Gitzelmann, R., Lissens, W. and Liebaers, I.: A mutation (IVS8+0.6kbdelTC) creating a new donor splice site activates a cryptic exon in an Aluelement in intron 8 of the human beta-glucuronidase gene. Hum Genet 103 (1998) 68693.
166. Volff, J.N., Körting, C. and Schartl, M.: Multiple lineages of the non-LTR retrotransposon Rexl with varying success in invading fish genomes. Mol Biol Evol 17 (2000) 1673-84.
167. Wang, H., Iacoangeli, A., Lin, D., Williams, K„ Denman, R.B., Hellen, C.U. and Tiedge, H.: Dendritic BC1 RNA in translational control mechanisms. J Cell Biol 171 (2005) 81121.
168. Botcherby, M„ Bray, N., Brent, M.R., Brown, D.G., Brown, S.D., Bult, C., Burton, J.,
169. S., Jones, M., Jones, T.A., Joy, A., Kamal, M., Karlsson, E.K., et al.: Initial sequencing and comparative analysis of the mouse genome. Nature 420 (2002) 520-62.
170. Wei, W., Gilbert, N., Ooi, S.L., Lawler, J.F., Ostertag, E.M., Kazazian, H.H., Boeke, J.D. and Moran, J.V.: Human LI retrotransposition: cis preference versus trans complementation. Mol Cell Biol 21 (2001) 1429-39.
171. Willoughby, D.A., Vilalta, A. and Oshima, R.G.: An Alu element from the K18 gene confers position-independent expression in transgenic mice. J Biol Chem 275 (2000) 759-68.
172. Wu, J., Grindlay, G.J., Bushel, P., Mendelsohn, L. and Allan, M.: Negative regulation of the human epsilon-globin gene by transcriptional interference: role of an Alu repetitive element. Mol Cell Biol 10 (1990) 1209-16.
173. Xu, C.F., Chambers, J.A. and Solomon, E.: Complex regulation of the BRCA1 gene. J Biol Chem 272 (1997) 20994-7.
174. Yang, J., Malik, H.S. and Eickbush, T.H.: Identification of the endonuclease domain encoded by R2 and other site-specific, non-long terminal repeat retrotransposable elements. Proc Natl Acad Sci U S A 96 (1999) 7847-52.
175. Zhang, C.Y., Kim, S., Harney, J.W. and Larsen, P.R.: Further characterization of thyroid hormone response elements in the human type 1 iodothyronine deiodinase gene. Endocrinology 139 (1998) 1156-63.
176. Zhou, Y.H., Zheng, J.B., Gu, X., Saunders, G.F. and Yung, W.K.: Novel PAX6 binding sites in the human genome and the role of repetitive elements in the evolution of gene regulation. Genome Res 12 (2002) 1716-22.
177. Zuker, M.: Mfold web server for nucleic acid folding and hybridization prediction. Nucleic Acids Res 31 (2003) 3406-15.
178. Zupunski, V., Gubensek, F. and Kordis, D.: Evolutionary dynamics and evolutionary history in the RTE clade of non-LTR retrotransposons. Mol Biol Evol 18 (2001) 1849-63.
179. Бирштейн, В.Я.: Цитогенетические и молекулярные аспекты эволюции. Наука, Москва, 1987.
180. Вениаминова, H.A., Васецкий, Н.С., Лавренченко, Л.А., Попов, C.B. and Крамеров, Д.А.: Реконструкция филогении отряда грызунов (Rodentia) по данным структурного анализа короткого ретропозона В1. Генетика 43 (2007) 916-929.
181. Жимулев, И.Ф.: Общая и молекулярная генетика. Сибирское университетское изд-во, Новосибирск, 2006.
182. Мартиросян, И.А., Корчагин, В.И., Токарская, О.Н., Даревский, И.С. and Рысков, А.П.: Обнаружение ретроэлемента Bov-B LINE у партеногенетических и бисексуальных видов ящериц рода Darevskia (Lacertidae). Генетика 42 (2006) 963967
183. Никитина, Т.В. and Тищенко, Л.И.: Транскрипционная машина РНК-полимеразы III: строение и регуляция транскрипции. Молекулярная биология 39 (2005) 179-192.
184. Павлинов, И.: Систематика современных млекопитающих. Издательство Московского Университета, Москва, 2003.
185. Asp^IDcon --------------------------------------------------------------
186. A s p ID52 aaaaccagacgcagcctgtgcaacttatcaagaccctgcctcaaaataaaaaataaaaataaaaa
187. AspID33 ctgactccacctcccaagtcactgggattacaggcctgcgccaccacgcccagcgtttttatgtg,
188. AspID23 gaaaagcagcaaaggcccccagactctataatatagttaatggggtgtcagaattattagcaag
189. AspID03 ttgttoaaaataatgatgaagagccttacaatoagccagagaaaaagacaatataatataaaga
190. AspXD 37 a ag tt tgaggcc agaggc agcctg tg taac ttagacc с ta tct tga a aag aa aa ag at taa a aagj
191. AspJID4 9 cttttgttccctgctgactccattgcctatgacagtgcttgtgggcacttcaataaatatttgt
192. AspID53 ttcacatacatattatagctacttgaatttatggttttacataattatttaaaaattccccaaggj
193. AspID16 aatgccagagggagcctgtgcaacttaataagaccctgtctcgaaaaattaaaaaaaaaaaaaag1
194. AspID35 -----------------------cctttgtaaactctgataaaagtcgttgataaaagtatattt't. * anj.j.g.j aagaaa ta ta taa gc a a 11 tgaa a 111 a ga a taa tga taccagggtaacagg ta с atga tta tga ta
-
Гоголевский, Константин Петрович
-
кандидата биологических наук
-
Москва, 2008
-
ВАК 03.00.03
- Эволюция коротких ретропозонов В2-суперсемейства и использование их для определения филогенетических связей у грызунов
- Новый подход к клонированию коротких ретропозонов
- Повторяющиеся последовательности генома тупай
- Протимозин альфа: ядерный белок, присоединяющий тРНК
- Анализ белков человека, контролирующих транскрипцию ретропозонов Alu-семейства
