Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Организация генов, кодирующих белки семейства SMC у обыкновенной полевки Microtus arvalis
ВАК РФ 03.00.15, Генетика
Автореферат диссертации по теме "Организация генов, кодирующих белки семейства SMC у обыкновенной полевки Microtus arvalis"
На правах рукописи
УДК 577.112:576.315.42:577.213.3
ПАВЛОВА Софья Викторовна
ОРГАНИЗАЦИЯ ГЕНОВ, КОДИРУЮЩИХ БЕЛКИ СЕМЕЙСТВА SMC У ОБЫКНОВЕННОЙ ПОЛЕВКИ MICROTUS ARVALIS (ARVICOLINAE, RODENTIA)
Генетика - 03.00.15
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук
I
I
»
I
Новосибирск 2003
Работа(выполнена в Институте цитологии и генетики СО"РАН, г. Новосибирск.
Научный руководитель: доктор биологических наук,
профессор С.М. Закиян Институт цитологии и генетики СО РАН, г. Новосибирск
Официальные оппоненты: доктор биологических наук
Е С. Беляева
Институт цитологии и генетики СО РАН, г. Новосибирск.
доктор биологических наук, Л. Ф. Гуляева
Институт молекулярной биологии и биофизики СО РАМН, г. Новосибирск.
Ведущее учреждение: Институт биологии гена,
г. Москва
Защита диссертации состоится 20 ноября 2003г. на утреннем заседании диссертационного совета по защите диссертаций на сойскание ученой степени доктора наук (Д-003.011.01) в Институте цитологии и генетики СО РАН в конференц-зале Института по адресу: 630090, г. Новосибирск, проспект Лаврентьева, 10. Факс: (3832) 33-12-78; e-mail: dissov@bionet.nsc.ru
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института цитологии и генетики СО РАН
Автореферат разослан / И 0 fcfuJjl 2003 г.
Ученый секретарь диссертационного <
доктор биологических наук А. Д. Груздев
диссертационного совета,
goo.?-А
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы. Структурные белки хроматина семейства SMC (Structural Maintenance of Chromosomes) играют важную роль во многих процессах, связанных с метаболизмом ДНК в клетке. Анализ литературных данных показывает, что белки SMC являются базовым компонентом ряда систем наследования, изменчивости и реализации генетического материала. Консервативное у всех организмов семейство белков содержит пять эукариотических групп и одну бактериальную. Представители семейства SMC эукариот входят в состав биохимических комплексов, отвечающих за когезию сестринских хроматид, рекомбинацию, репарацию, регуляцию экспрессии генов, формирование митотических хромосом.
Известно, что структура хроматина играет огромное значение для регуляции уровня экспрессии как индивидуальных генов, так и целых хромосом (тельце Бара неактивной Х-хромосомы самок высших млекопитающих). Ранее нами было высказано предположение, что белки SMC могут участвовать в поддержании дозовой компенсации Х-хромосом у самок млекопитающих (Павлова и др. 2000). Генетическая система этих белков, однако, слабо изучена. Выявление генов семейства SMC в геноме обыкновенных полевок и анализ их функций является первоочередной задачей, стоящей на пути исследования участия белков SMC в процессе дозовой компенсации Х-хромосом у самок высших млекопитающих в целом, и изучения феномена неслучайной инактивации у обыкновенных полевок в частности (Zakian et al., 1987).
В геномах прокариот семейство SMC представлено одним единственным геном. В связи с возникновением эукариотической организации клетки, вероятно, имели место дупликации предкового гена SMC и разделение функций. В современном виде семейство SMC эукариот представлено шестью генами. В геноме млекопитающих присутствует еще один ген - SMClL2(fi), близкий по структуре и функции к гену SMC1L1 (а).
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является изучение последовательностей ДНК генома обыкновенной полевки Microtus arvalis, кодирующих белки семейства SMC. В конкретные задачи работы входило:
1. Выявить и установить последовательность гена Masmc4 (M.arvalis подсемейства SMC4) в геноме полевки M.arvalis
2. Выявить и установить последовательность мРНК кшМахтс4.
3. Определить экзон-интронную структуру гена Masmc4
4. Проанализировать промоторную область гена Masmc4
5. Определить локализацию гена Masmc4 на хромосомах обыкновенных полевок
6. Выявить и проанализировать методом ПЦР последовательности ДНК, кодирующие белки SMC1, SMC2, SMC3 в геноме полевки.
7. Проанализировать полученные данные в свете сравнительной геномики
Научная новизна и практическая ценность работы. В нашей работе мы впервые выявили гены структурных белков SMC в геноме обыкновенной полевки M.arvalis и выделили полную копию гена Masmc4. Была установлена экзон/интронная структура гена Masmc4, проанализирована 5' регуляторная область. Последовательности 3' районов генов MasmcJ, Masmc2, Masmc3 обыкновенной полевки имеют высокую степень гомологии с известными последовательностями генов SMC. Проведен сравнительный анализ генов белков семейства SMC4 грызунов (M.arvalts, Mus m us cuius, Rattus norvégiens), человека, шпорцевой лягушки (Xenopus laevis) и выявлены основные принципы •
организации и регуляции исследуемых генов.
Последовательности ДНК генов зарегистрированы в базе данных EMBL. Наши данные подтвердили высокую степень гомологии последовательностей белков SMC у разных групп организмов. Они являются несомненным вкладом в изучение генетики семейства структурных белков SMC.
Апробация работы и публикации. Результаты данного исследования докладывались на международной конференции, посвященной 80-летию со дня рождения академика ДК. Беляева «Современные концепции эволюционной генетики» (Новосибирск, 1997), Международном симпозиуме «Инактивация X хромосомы у млекопитающих» (Новосибирск, 1999). По теме диссертации опубликовано 2 статьи.
Вклад автора. Основные результаты получены автором самостоятельно. Локализация гена MaSMC4 на метафазные хромосомы полевок рода Microtus группы "arvalis" проводилась совместно с Н.А. Мазурок.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов, результатов и обсуждения, заключения, выводов и списка цитируемой литературы, содержащего 189 ссылок. Диссертация изложена на 113 страницах машинописного текста, содержит 19 таблиц и 26 рисунков.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ Все молекулярные методы, связанные со скринингом геномной библиотеки, выделением, очисткой, клонированием, амплификацией и сиквенсом ДНК выполнялись согласно руководствами Sambrook et al., 1994, Promega 1990. Компьютерный анализ последовательностей ДНК выполнен с помощью пакетов программ BLAST (Altschul et al., 1990), FASTA (Pearson, Lipman, 1988), DNAStar.
Поиск гомологичных последовательностей ДНК проводился сервере MapWfer (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/MapWier), BLAT (http://genome.ucsc edu/egi-bin/hgBlat), Encembl (http://encembl.org). Множественное выравнивание проводили с помощью програмы Clustal-X (Tompson et al., 1997). Анализ гомологии генов
проводили программой PIPMaker и multiPIPMaker на сайте http://nog.sce.psu.edu/multipipmaker. Выравнивание последовательностей ДНК генов с учетом гомологии на уровне аминокислот проводили с помощью программы BioEdit Seqúense Alignment Editor (Hall, 1999). Коэффициенты синонимичных и несинонимичных замен определяли программой K-estimator (Comeron, 1999). Вьивление и анализ островков CpG проводили с помощью пакета программ EMBOSS (CpGPlot/CpGReport/Isochore) на сайте http://www.ebi.ac.uk/emboss. Определение потенциала связывания последовательности ДНК с нуклеосомой проводили программой Recon на сайте í http://wwwmgs.bionet.nsc.ru/mgs/programs/recon. Поиск потенциальных сайтов
связывания факторов транскрипции в промоторных областях генов проводили с 1 помощью программы TESS (http://www.cbil.upenn.edu) в базе данных Transfac 4.0.
Филогенетический футпринт in siliko потенциальных сайтов связывания факторов транскрипции в выровненных промоторных областях ортологичных генов проводили программой Footprint vi.О на сайте http://compel.bionet.nsc.ru/FunSite/footprint/FootPrint.html. Предсказание районов белков, формирующих супер-спираль проводилось с помощью программы COILS2.1. на сервере http://www.ch.embnet.org/software/COILS_form.html.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ Мы провели скрининг геномной клонотеки обыкновенной полевки M.arvalis гетерологичным зондом мыши DA10 (кДНК клон, содержащий 1500 п.о. 3' области гена SMC4 мыши, любезно предоставленный Нэйлом Брокдорфом, ЛондоЬ). Фаговый клон adal (M.arvalis DA-бокс содержащий) со встройкой размером 15000 п.н., содержал 2420 нуклеотидов, гомологичных 3' области кДНК белков SMC4 подсемейства, включая нетранслируемую область и сигнал полиаденилирования. При последующем скрининге было выявлено еще 4 фаговых клона, содержащих последовательности ДНК гена SMC4 полевки. На основании проведенного рестрикционного картирования и частичного секвенирования фаговых субклонов данные геномные клоны были объединены в два контига: adal/ada4/ada5 (34500п н.) и ada2/ada3 (20000п.н.), которые относятся к разным аллелям гена SMC4 в геноме обыкновенной полевки. Контиг adal/ada4/ada5 (34500п.н.) полностью содержит ген белка SMC4 полевки, включая 5' регуляторную область (рис. 1а,б). Максимальная непрерывная определенная последовательность контига adal/ada4/ada5 составляет 23225 п.н. и зарегистрирована в базе данных EMBL под номером AJ299717.
¡Щ ? у Mi з
I_JL!___L_3-
Рисунок 1. Геномные и кДНК последовательности гена Masmc4 полевки M.arvalis. (а) Схема взаиморасположения и рестриктные карты фаговых клонов adal-ada5 геномной библиотеки; (б) рестриктная карта, экзон-интронная структура гена Masmc4. На схеме кДНК гена Masmc4 отмечены праймеры, использованные в работе; (в) схема кДНК клонов
Мы провели скрининг кДНК клоногеки M.arvalis и выявили 8 перекрывающихся клонов суммарным размером 1300 нуклеотидов в 3' области мРНК гена Masmc4 (adal/ada4/ada5). Четыре клона были идентичны последовательности мРНК Masmc4, а два содержали единичные замены нуклеотидов (рис. 1в), не меняющие смысл кодона. Дальнейший скрининг кДНК библиотеки мы проводили методом ПЦР при использовании комбинаций специфчческих для гена Masmc4 и универсальных праймеров с последующим сиквенсом продуктов амплификации. Последовательность кДНК гена Masmc4 полевки была зарегистрирована в базе данных EMBL под номером AJ299713.
Методом сравнения кДНК последовательностей полевки M.arvalis с полной копией гена Masmc4, а также с мРНК белка hCAP-C человека (АВ019987, AF092564, AL136877) и белка SMC4 мыши (AJ534940) мы выявили экзон-интронную структуру гена Masmc4 полевки M.arvalis (рис. 16.). Ген Masmc4 обыкновенной полевки состоит из 24 экзонов и имеет размер 32000 п.о. Опубликованная геномная последовательность гена Masmc4 AJ299717 контига adal/ada4/ada5 содержит 19 экзонов (с 6 по 24). Выявленные экзоны гена Masmc4 полевки имеют размер от 79 (экзон №15) до 233 п.н. (экзон №11). Размеры интронов варьируют от 91 п.н. (№14) до >7500 п.н. (№5).
Интроны гена Masmc4, как и большинство интронов известных генов млекопитающих, насыщены SINE элементами. На долю последних во фрагменте гена Masmc4 (с б по 24 экзон) (AJ299717) приходится 17.94°/о ДНК (8.65%
занимают В1 элементы, и 8.98% - В2-В4 элементы). В интроне №13 также [ присутствуют фрагменты LINE1 элементов (3.36% ДНК гена). Интроны №1 (921
j п н.), №3 (575), №4 (600 п.н.), №6 (260 п.н.), №10 (334 п.н.), №14 (91 п.н.), №19
(231 п.н.), №21 (114 п.н.) и №23 (187 п.н.) не содержат известных повторов ДНК. Структура ДНК большого интрона №5 (>7500) гена Masmc4 определена частично, поэтому полный состав локализованных там повторов ДНК не известен. Ген Masmc4 был локализован методом FISH на метафазные хромосомы полевок родаMicrotus, группы "arvalis". Гены SMC4 группы у полевок группы ' "arvalis " локализуются в теломерных районах гомеологичных хромосом: 21q8-q9
I- хромосомы у M.arvalis (формы obscurus и arvalis) и M.rossiaemeridionalis, 23q9-
qlO хромосомы M.kirgisorum, 20q8-q9 хромосомы M.iranscaspicus. Хромосома 23 , вида M.kirgisorum гомеологичной группы содержит инверсию, которая, однако,
не затрагивает район локализации гена SMC4.
На основании анализа мРНК гена Masmc4 мы установили аминокислотную последовательность потенциального белка MaSMC4 (1322а.к.) и проанализировали его вторичную структуру, которая соответствует общей структуре белков SMC - типа "голова-тело-хвост". Были выявлены глобулярный "N" (150а к., экзоны №2-6),-"С" (150а.к., экзоны №22-24) и центральный «шарнир» (165 а.к., экзоны №12-15) районы, разделенные протяженным альфа-спиральными участками (350 а.к., экзоны №6-12'и 369а к. экзоны №15-22)
Концевые N и С глобулярные районы соответственно содержат нуклеотидсвязывающий мотив "П-петля" (66-73 а к. MaSMC4), (Walker А сайт) и ДНК-связывающий домен "ДА-бокс" (1144-1203 а.к. MaSMC4), характерный только для белков SMC и включающий в себя Walker В сайт (рис. 2А). Анализ последовательности программой COBLS2.1 показал, что спиральные участки белка î.laSMC4 насыщены гептадными аминокислотными повторами (рис. 2Б),
белковых спираль-спиральных
Рисунок 2. (А) Структура белка MaSMC4.
(Б) Районы белка MaSMC4, выявленные программой COILS 2.1, насыщенные гептадными повторами. По оси ординат отложена вероятность наличия гептадных повторов, по оси абцисс - количество аминокислотных остатков.
которые способствуют формированию взаимодействий (Lupas et al., 1991).
»ее
•m. m**
ШП
Организация генов SMC4 мыши, крысы, полевки и человека.
Ортологичные гены, кодирующие белки семейства SMC4 у мыши, крысы, полевки и человека состоят из 24 экзонов, рамка считывания начинается в экзоне №2, экзон Xsl некодирующий. Анализ первичной структуры генов семейства белков SMC4 у четырех видов с помощью программы PIPMaker выявил значительную гомологию экзонов генов. Экзон-интронная структура гена SMC4 у мыши, крысы, полевки и человека консервативна. Сохранены все экзоны и фазы рамки считывания в экзонах, соответствующие экзоны №3-24 исследуемых видов имеют одинаковые размеры. Гены SMC4 белков локализуются в синтенных
группах у человека, мыши и крысы. votesMC4
I г t 4
.1......Irl I.
.ILtai ¿MtilILftJïj&^nJLjaSh Ji-J t « ït.ïjïbikjjâl
Meuse SMC4 Rat SMC4
J_idâ.fL
Htm«« SMC4
JULLi_L
iumÉA-t .1» ¿KÉloILIII.
LäJLiäJ.iJ jtâ ï Ml Ï« X&Jtni ïiti A/IO*
Емп
Utft
П
LWE1 Ut« fcîR
зч* a
MM
0Mr«MEf>^
ОМгяиш
'аююе&егс
Рисунок 3. Структура генов 5МС4 мыши, |фысы, полевки и человека.
Данные по цитологической локализации и позиции генов 8МС4 на нуклееггидных картах хромосом человека, мыши и крысы были получены на сервере ЫСВ1, ВЬАТ и суммированы в таблице 3. Район синтении, содержащий ген БМС4, охватывает порядка 20 м.п.н. у человека, 18 м.п.н. у мыши и 22 м.п.н. у крысы (от гена ТМ48Р1 до гена ЗЕЯРШТ). Порядок генов в синтенных группах, содержащих ген белка БМС4, у трех видов сохранен. Расхождение ветвей эволюции мыши и человека произошло около 75 млн. лет назад. Хотя геномы мыши и человека претерпели множественные перестройки, тем не менее, около 90% генов организованы в консервативные синтенные группы, сохраняющие порядок генов, который имел место у предкового организма. При сравненнии ортологичных генов у мыши и человека выявляются 342 сегмента синтении, которые объединены в 217 блока (\1GSC, 2002).
Мы провели сравнение последовательностей ДНК кодирующих районов гена БМС4 у исследуемых видов в парах. При помощи программы К-евйпийог
измеряли Ks (количество синонимичных замен на общее число синонимичных сайтов) и Ка (количество несинонимичных замен на общее число несинонимичных сайтов) для генов каждой пары видов. Значения Ks и Ка зависят от эволюционного времени и давления отбора. Степень давления отбора отображает отношение Ka/Ks (см. таблицу 1). Значение Ka/Ks меньше единицы свидетельствует о том, что гены находятся под действием стабилизирующего отбора. Среднее значение Ka/Ks для генов SMC 4 равно 0,123. Дивергенция аминокислотных последовательностей генов SMC4 варьирует от 4,7% между генами мыши и крысы до 25% между генами крысы и шпорцевой лягушки. Анализ нуклеотидных и аминокислотных замен в гене SMC4 показал, что наименее консервативным является экзон №2 и его размер варьирует у исследуемых видов.
Диализ Ka/Ks экзона №2 гена SMC4 (для генов полевки, крысы, мыши, человека и шпорцевой лягушки) выявил среднее отношение Ka/Ks=0,71, что свидетельствует об очень слабом действии стабилизирующего отбора на данный участок гена. Степень дивергенции последовательностей ДНК второго экзона генов ДНК колеблется от 10% между генами SMC4 крысы и мыши и до 56,4% между генами мыши и шпорцевой лягушки (5,6% и 17,7% соответственно для полной последовательности мРНК).
I
Среднее значение Ka/Ks для области экзонов №3-24 гена SMC4 в парах генов полевки, мыши, крысы, человека и шпорцевой лягушки составляет 0,111. Отношение Ka/Ks между генами SMC4 (экзоны №3-24) эволюционно далеких видов составляет 0,093 у полевки и шпорцевой лягушки, Ka/Ks=0,088 у человека и шпорцевой лягушки. Эти данные свидетельствуют о значительном давлении стабилизирующего отбора на экзоны №3-24 гена SMC4 в ходе эволюции видов. Мы проанализировали степень консервативности последовательностей ДНК, кодирующих определенные домены белка SMC4. Среднее значение Ka/Ks=0,024 для ДНК С-глобулярного домена, содержащего характерный мотив ДА-бокс белков* SMC. Высокая степень консервативности С-глобулярного домена определена его функциональной значимостью и, возможно, связана с наличием WalkerB АТФазного сайта в составе ДА-бокса. Наименее консервативным участком гена SMC4 является район, кодирующий второй спиральный домен, прилегающий к С-глобулярному домену. Среднее значение Ka/Ks=0,173. Функциональное значение «спиральных» фрагментов белка SMC определяется их вторичной структурой и наличием гептадных повторов для формирования спираль-спиральных взаимодействий доменов в гетеродимере белков SMC.
Таблица 1. Среднее значение Ka/Ks для экзонов и доменов генов, подверженных действию стабилизирующего отбора. (*) Среднее значение Ka/Ks для пар ортологичных генов SMC4 полевки, мыши, крысы, человека, шпорцевой лягушки.(**) не учитывая экзон №2
Анализ структуры интронов гена SMC4 у мыши, крысы, полевки, человека. Размеры интронов гена SMC4 у исследуемых видов варьируют незначительно (рис. 3). Дивергенция последовательностей интронов шла как за счет нейтральной эволюции, так и за счет инсерций мобильных элементов. Наиболее представлены в генах SMC4 исследуемых видов повторы ДНК класса SINE (В1-В4, Alu, MIR)
Таблица 2. Наличие повторов ДНК разных классов в составе генов SMC4 исследуемых видов
Участки интронов генов SMC4 исследуемых видов имеют также значительный процент гомологии нуклеотидных последовательностей, особенно у генов мыши и крысы (79% процентов идентичности).
Интроны гена SMC4 человека менее насыщенные мобильными элементами, чем интроны грызунов. В интроне №13 гена белка SMC4 человека присутствует значительный фрагмент элемента 1ЖЕ1 (1750 п.н.), который у грызунов представлен в еще более редуцированном, фрагментарном и перестроенном виде (100 п.н. в 13 интроне мыши и крысы, 526 п.н. и 370 п.н. в 13 интроне полевки). При сравнении расшифрованных ДНК геномов мыши и человека было сделано замечание, что повторы LINE, по-видимому, не были активны в линиях мыши и человека после их расхождения около 75 млн.лет. Данные по анализу структуры
генов SMC4 у грызунов (мышь, крыса, полевка) и человека согласуются с общими тенденциями развития геномов, выявленные при сравнении геномов мыши и человека (MGCS, 2002).
Анализ 5' области гена белка SMC4y полевки, человека, мыши и крысы
Гены SMC4 у полевки, человека, мыши и крысы содержат в области экзона №1, №2 островки CpG, которые простираются в 5' нетранслируемую область. Результаты анализа данной области генов SMC4 с помощью пакета программ EMBOSS (CpGPlot/CpGReport/Isochore) на сайте приведены на рисунке 4. * Островки CpG в промоторной области характерны для генов домашнего
/ хозяйства с высоким конститутивным уровнем экспрессии (к которым можно
| отнести и ген белка SMC4). Промоторы генов домашнего хозяйства в составе
4 островков CpG, как правило, характеризуются наличием инициаторной
последовательности INR в области точки старта и отсутствием ТАТА-бокса. Поскольку последовательность ТАТА-бокс необходима для позиционирования транскрипционной машины РНК-полимеразы П на ДНК и строго определяет точку -старта транскрипции, то для генов домашнего хозяйства характерно наличие множественных точек старта
Мы провели выравнивание 5'некодирующих областей и экзонов №1 генов SMC4 у исследуемых видов: vSMC4 (687 п.о.); mSMC4 (645 п.о.); rSMC4 (547 п.о.); hSMC4 (590 п.о.). Анализ поспедовательнЬстей мРНК и клонов EST базы данных, содержащих область первого экзона гена SMC4 у человека, мыши и крысы показал, что существуют множественные точки старта транскрипции данного гена. Область мажорной точки старта гена SMC4 у данных видов CCA+iTTTT соответствует консенсусу инициаторной последовательности INR Py2CAPyj.(Lewin 1997), PyPyA+1NT/APyPy (Патрушев, 2000) (рис. 5).
Область 5' генов SMC4 у мыши, крысы, полевки и человека перекрывается с 5' областью потенциальных генов, гомологичных ВС034101 (H.sapiens). С помощью программы TESS мы провели индивидуальный поиск потенциальных сайтов факторов транскрипции в 5' области каждого из 4х исследуемых генов в базе данных Transfac v 4.0. Особое внимание было уделено консервативным сайтам, выявляемым при выравнивании последовательностей ДНК исследуемой ^ области у четырех видов. Методом филогенетического футпринтинга
; потенциальных сайтов факторов регуляции транскрипции мы исследовали
I данную область программой Footprint vl.0. Полученную информацию мы
h суммировали и привели на рисунке 5.
срсым* «swev
{ «»•I m¡t,
CpC Iitawt» ЙШ
CpCbhtufa HSMC4
*r * и£"" bsí-"
Рисунок 4. Анализ G-C богатой области генов SMC4 у полевки (vSMC4), мыши (mSMC4), крысы (rSMC4) и человека (HSMC4). Для каждого гена приведена схема расположения островков CpG, ниже представлены результаты анализ нуклеосомного потенциала связывания программой Recon (Выявление островков CpG проводили с помощью программы EMBOSS (CpGPlot/CpGReport/Isochore).
В исследуемой области генов выявлено четыре INR элемента Первые два элемента INR относятся к генам, гомологичным ВС034101. Третий элемент INR совпадает с 5' границей EST клона мыши АА647486, гомологичного гену SMC4. Последний элемент INR, как было отмечено выше, локализован в области мажорной точки транскрипции гена SMC4 исследуемых видов.
В области мажорной точки старта генов SMC4 4-х видов последовательность TATA -5окс не выявляется. Мажорный элемент INR генов SMC4 перекрывается с потенциальным сайтом связывания транскрипционного, фактора YY1. Фактор YY1 связывается с последовательностью INR и выступает как активатор (Houbaviy et al., 2001; Johansson et al., 1998; He et al., 1996) так и, в ряде случаев, как репрессор (Breen and Jordan, 2000). Имеются доказательства, что позитивное действие фактора YY1 усиливается при взаимодействии с фактором Spl (Lee et al., 1993).
4- Ш ВС034101 ~> YY1 1ЫВ
тЗМС4 75
ГБМС4 АА5СееТС<К<ЙЙЙЙСТСАЙА0СТСАаАССАЕТТАССАА5ТАСССТСССС^^^^^^^^ШЙМ|| 75
ЬвМС4 АЯвСввТаОС0^^:ТСААА.------------ТАССТбвТ---------ШШШЯШ^ШШШШШ 54
т«»*** * *** * * + * ** * ******* * ****** *
-»Е2Г
тэме4 ТСТАА<ЗС<ЗСТ<ЗС<ЗАСС5ТТТССС---ССТСССДТсЛИИИЬАТАСТТССТАаоТСССАОТСАСССОАССОООС 147
ггмС4 ТСТЛАСЗСССТАТСАОСаГТ-ССС—ТСТССССТС^^^ИоАТАСТТОССваЗТСССАеТСАСССАОЗСССОТ 147 уБМС4 ТСТААЗСвСАвАААСССТТССССАССССТТСССТ(^И^И5А1АСТТ0ССАСТССС-АвТСАСССеАв:ев-С 148
ЬЗМС4 ТСТААвАОТТА----азстссст-------тсстсНИИратасттстассс&зсасэтсатссоаотссос не
****** * ***** * * ************** * ** **** ** * **
«-Эр!-»,
:ССТ&ЗАА»ЗТСТТАТТО®ЗСААСТТ| .СТ<ЗОАА®5ТОТТАТТОЗ<ЗСААСТ( .ССОААб<5СТЭТСАТТССАСАТС-'СТСДАОА«Х:0ТТТСТОеАСС.
1ТАСААТТ 222 'АСА<ЗСТ 221 •Аетт 209 ССАСТ 193
8р1"> Эр1
|ССТССТТСТТТТСТТТТ0ТТТТТТТТССТТСТТТТТСАААТТССТССАЗТТТТТСАААТССТСТ 297
ССЮСТ---ТСИТАТТТТТТТТ-----"_-£ТТТТ1САААТТТСТССТВТСТТТСАААТССТеТ 285
СХГГ(КГГС<:СТ00Т0ТТТТТТТТТ|И§ЩР(И1АТСАА^ЛТ7ССТСА01ТТСССАААТ0ТТвТ 284 ОТОАЯСОСААСССТАССО----------ТТТТТАААААААТСТТТТТСААААСТТ(ЗССАС----------вТТвТ 24 8
гаЗМС4 ССТТСТА<ЗААОТ<ЗСЕА--------ААСТСТСАТ--------ТТСТСТТАААОТССАСАСААА«ЗАС---СТАйСС 353
ГЭМС4 ССТТСТААААОТОС5А5АОСССвТАСТСТССАСААСТСТ—ТТСТСТТАААОАССАТАОААААЙАСвТАВТАТСС 358 УБМС4 СОТСССААССАСбСАААООССТОТАОТТСССАСееСТСТОТСТСТСаССОАвАСССТАбАСАЗОС----гТСАСТ 357
ЬЭМС4 СТТТССАААТАТ--------------ТТТТААТААТАСТ(ЗСТОСТ<ЗСТСТА5АССАСА5АОАААА----вААТСС 302
* * * * * *** ** ** *** * *
-> 5р1 8р1 . <-8р1"»
гоЗМС4 СТО-СТТетсШИИИШАСТСОТААСТТОССС----СТСОЗСОССАСОСТСС---------------СТСХМ 408
ггмС4 СТС-СТТаТГиДИ|ИВ».5ТС50АЛСТТСССС-----СТС5С<ЗССАСеАСТ----—сссеа 427
Ь5МС4 СТСОСТСТТССТТТТСАСТТАСТАЯАААСТТСТАС--------- I I I ИИ 366
** ** *** * *** * ** * * *** * *
<—> Ш!Г1 ^-Эр!-» -» Ш -»ТР11Р
тБМС4 ВТА0Аесв111вЯЩЬ:С6ААС5ОССС6ААеАТССсНМ|^НвС®К®^---тШШАтТСгС 4 80
ГЗ-К4 I I \11 Г| ИИИ I 4 99
УЖ4 4 91
ЬБМС4 Щ^.СТНИИИИш?.^АССОАСА^ТМеДТС''ЗСС-ОТОАТМТС^С6СА<Й?ет---тЦ|В1ТМТ 438
* * *********** ** ** * ** ****** * ************ ********* *
экаон №1 ->ГГ1 "> Ш 8МС4
ГБМС4 СОвТСССАОАААССАТТССССЗСАТТТбТААСвААХТТССОТТСаАОТТТОСАТТТТ^^^^Ш^^^Ия 557 УБМС4 0<ЮТСССМАААСС^ТТ0С0СС(ЛТТТеТМССМТТТССеТТСС^ТТТвСАТТТ1^^^Р^Ш^^^^Иб 579 ЬЗМС4 С<ЛТСССАС^\АТСЯТТКССССАТТТвТААСОААТТТССОТТСОАОТТТОТАТ1Т1^^вЖя^^^И<; 501
!ч£МС4 АА&ЗАСССООАеССЙАСАСАСС® ГЗМС4 ААОССССС&ЗАОССОАААСАССаУГА! У5МС4 ААгаАССССКЗАЗССЕАСАСАССеОТАС! ЬЭМС4 АА6<МССС(Х;А(ЗСССАААСАССеОТА<3<;)
-ж^ЯШВН-----
еТА<зНиИИНЯЁ— сТАгаАЩИННННК----
•С<ЮССОТСССАССАТТТ-СА«:С 619 С(ЗОСА<ЗТСССАС«ЗТТТ-СА<ЗСС 620
:ОК<ЮССККСОТСОТ1СС<;ТТТйСА«:С 654 —АСТАСАСААССОТСТССАОСС 565
т£!МС4 Се--<ЮТСЗ®«ЗТ®ЗАСССОСС<ЗАСАа------645
гБма СТ--ССТС«5АОТТСАССТСССОАСААС-----647
УБМС4 СТСТОСТС<ЮАвСАСАНССОССО&СА6<5ТАААЕ 697 ьзмг4 ТТ—азТСТСАСТа5АСТеТССТССАС------590
Рисунок 5. Результаты филогенетического футпринтинга тп яНсо 5' области гена 51МС4 у человека, мыши, крысы и полевки.
Однако, при изучении промотора INR (+), ТАТА(-) ДНК-полимеразы ß человека, было экспериментально показано, что факторы YY1 и Spl не оказывают заметного влияния на формирование транскрипционного комплекса и инициация транскрипции определяется исключительными свойствами последовательности INR (Weis and Reinberg, 1997).
В области -90 от мажорной точки старта генов SMC4 у мыши, крысы и полевки присутствуют потенциальные сайты связывания транскрипционного фактора Spl. В 5' области гена HSMC4 человека самый близкий к мажорной точке старта потенциальный сайт Spl расположен на расстоянии 140 нуклеотидов выше по течению (361-368 нуклеотидов). Потенциальные сайты Spl в районе 395-421 полевки являются уникальным (по сравнению с 5' областями исследуемых видов) для регуляторного района гена SMC4 полевки. Потенциальные сайты Spl района 368-378 нуклеотидов полевки выявляются в последовательностях гена SMC4 мыши и крысы.
Четыре консервативных района локализации потенциальных сайтов связывания транскрипционного фактора Spl у четырех видов выявляются на расстоянии трехсот нуклеотидов от основной точки старта гена SMC4. Возможно, что данные факторы необходимы для регуляции потенциального гена ВС034101. Однако следует обратить внимание, что район 170-340 нуклеотидов в исслепуемых последовательностях 5' области генов SMC4 мыши, крысы и человека обладает высоким потенциалом связывания нуклеосомы (рис. 4) и взаимодействие ДНК с нуклеосомой может усиливать влияние данных удаленных факторов на ген SMC4.
Помимо множественных факторов Spl, присутствующих в регуляторной области генов SMC4 мыши, крысы, полевки и человека, методом филогенетического футпринта выявляется потенциальный сайт активатора транскрипции NRF1 (класс факторов, содержащих домен «лейциновый зиппер») в области 130 нуклеотидов перед мажорной точкой старта.
Потенциальный сайт связывания транскрипционного фактора E2F в 5' области генов SMC4 мыши, крысы, полевки и человека, по всей видимости, Не имеет отношение к гену SMC4 с конститутивной экспрессией, поскольку характерен для промоторов генов, регулируемых в клеточном цикле (Lewin, 1997).
Выявление последовательностей ДНК генов, белков SMC1,2,3 у обыкновенной полевки. Последовательности ДНК консервативного района DA-box белков' семейства SMC у обыкновенной полевки были получены методом ПЦР-амплификации кДНК со специфических праймеров, сконструированных на основании известных последовательностей кДНК белков SMC1,2,3 человека. Фрагменты генов Masmcl (342 п.н.), Masmc2 (251 п.н.) и Masmci (340 п.н.)
опубликованы в базе данных ЕМВЬ под номерами А1299715, А1299716, А1299714. Сравнение полученных последовательностей ДНК полевки с мРНК белков человека 8МС1, БМС2 и БМСЗ показало 94-процентную гомологию для каждого гена. Выявленные нуклеотидные замены ни в одном случае не влияли на смысл кодона, и потенциальные полипептиды на 100% совпадали с белками человека.
Таблица 3. Характеристика генов белков SMC у человека, мыши и крысы
«Г»'.....
V * „.¿МиШЬЬ if* SU -vi. , Ш6 - hwk-"-* Г
* Щщ^Ф: £ 1 Q'' * >, я ; w-i" ~ : шаг:' * "mim- лШ' Ж
8ШГ мштш ...... -» 'i * - Л' S&« «да «332 ~ 46592 • 2$ WS-" **
Мщ~ ~ ШтаАр мттш ш,5 „ ; ■ - -«Si 44025 "tt * *
- Ш$Ф v' im , s - *ш • л 0 , ■ ISO. 8 • mit: ¿mm , • ~*ЗШГ 24 М м. % + , +
' 51 't '¿J? f "ЙмтЫк ™ -f-^rLi'im-^''""" - -- - ■Г Ж« г „• шш , fism •" п ' ,23 * * г ~.
- ' ттШ1» -.•ЛШШяя' ' ■ •-•Драм.- .... - ~г. Jr IM 'fr* " ■ мт~\ • йда -* ..... - г - . - *
Организация генов семейства SMC в геномах человека, мыши и крысьь Цитологическая локализация и физическое положение генов SMC1-6 мыши, крысы, полевки и человека на хромосомных картах, размер и количество экзонов приведены в таблице 3. Все гены белков семейства SMC у мыши, крысы и человека содержат CpG островки в 5' области.
Мы оценили процент дивергенции и значение Ka/Ks для ортологичных пар генов семейства SMC у мыши и человека. Наиболее консервативными внутри » семейства являются гены SMCla и SMC3. Процент дивергенции аминокислотных
последовательностей варьирует от 0.1% между белками SMC3 мыши и человека до 2% между белками SMCla мыши и крысы. Отношение Ka/Ks для пар генов SMCla у мыши и человека, крысы и человека составляет 0,009. Для пар генов SMC3 видов мышь и человек, крыса и человек, Ka/Ks оказывается еще ниже -
0,001 и 0,005 соответственно. Высокая степень консервативности генов SMCla и *
SMC3 отражает значимость данных генов для клетки. Помимо участия в когезии хроматид в митозе и мейозе, продукты генов SMCla и SMC3 входят в состав
кинетохорной пластинки. Кроме этого, белок SMC3 присутствует во внеклеточном пространстве соединительных тканей, опухолевых образований в виде хондроитин-сульфат протеогликана, известного как bamacan (Cspg6) (Ghiselli et al., 1999; 2003).
Для генов SMClfi, SMC2, SMC5 и SMC6 мыши и человека дивергенция на аминокислотном уровне составляет 9-19% (11-16% на уровне ДНК). Гены smc2, smcS и smc6 мыши и человека характеризуйся значением Ka/Ks несколько более высоким, по сравнению со средним значением Ka/Ks=0,115 для ортологичных генов данных видов (MGSC, 2002) - варьирует от 0,128 до 0,136. Наименее консервативным членом семейства является ген SMClfl - дивергенция белков SMCip человека и мыши составляет 19%, значение Ka/Ks в данной паре генов равно 0,281. Ген SMClfi по своей структуре наиболее близок к гену SMCla, и, вероятно, возник в результате недавней дупликации, произошедшей у млекопитающих, поскольку не выявляется в геномах низших классов организмов. Идентичность между генами SMCla и SMClfi мыши составляет 61% на нуклеотидном уровне и 52% на аминокислотном. Отношение Ka/Ks для пары SMCla и SMClfi мыши составляет 0.144, человека - 0,129. Таким образом, для возникновения новых функциональных особенностей у гена (белок SMCip замещает SMCla в составе мейотического когезина (Eijpe et а!., 2003; Revenkova et al., 2002) и необходим для когезии центромер в редукционном делении мейоза) достаточно фиксации даже незначительного количества замен.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
Семейство SMC эукариот включает в себя шесть основных генов SMC1-6, играющих значительную роль в реорганизации структуры хроматина в клеточном цикле и регуляции транскрипционной активности. Наиболее консервативными внутри семейства являются гены SMCla и SMC3. Высокая степень консервативности генов SMCla и SMC3 отражает большое функциональнее значение данных генов для клетки. Помимо участия в когезии хроматид в митозе и мейозе продукты генов SMCla и SMC3 входят в состав кинетохорной пластинки и аппарата веретена деления. Кроме этого, белок SMC3 был описан ранее как продукт гена bamacan (Cspgff), который выполняет функцию, совершенно не связанную с реорганизацией ДНК - в форме протеогликана присутствует во внеклеточных образованиях соединительных тканей.
У млекопитающих присутствует дополнительный ген SMClfi, отвечающий за когезию центромер в мейозе и возникший, по-видимому, в результате дупликации гена SMCla. Процент гомологии генов SMClfi и SMCla на нуклеотидном уровне составляет 61%. Отношение Ka/Ks составляет у мыши 0,144 к у человека 0,129. В данном случае это свидетельствует о наличии
функциональных участков, общих для генов SMClß и SMCla, а фиксация незначительной части замен приводит к возникновению обособленной функции у тень SMClß.
Другой пример, когда в геноме возникает дополнительный ген SMC, известен для C.elegcms. В геноме нематод присутствуют два гена подсемейства SMC4 - собственно SMC4, отвечающий за митотическую конденсацию хроматина и Dpy 27, участвующий в дозовой компенсации генов Х-хромосом у гермафродитов с генотипом XX. Данные гены значительно дивергировали друг • от др}1а и выравнивание между ними возможно лишь в районах, кодирующих
> консервативные домены (Ka/Ks для района Да-бокс генов SMC4 и Dpy 27
( составляет 0,197).
1 Вопрос об участии генов SMC в процессе дозовой компенсации генов X-
хромосом у самок высших млекопитающих пока еще остается открытым. Поиск в базах данных геномов мыши, человека и крысы последовательностей, кодирующих консервативные домены белков SMC, не выявил дополнительных генов, кроме уже известных SMCla, SMClß, SMC2-6. По-всей видимости, специальных генов, подобных Dpy у C.elegans у млекопитающих нет, однако выявленные особенности семейства SMC по-прежнему не исключают возможности того, что продукты данных генов имеют дополнительные функции, связанные с реорганизацией структуры ДНК йнакивируемой X хромосомы у самок высших млекопитающих.
ВЫВОДЫ
1. Определена полная нуклеотидная последовательность гена MaSMC4 полевки M.arvalis размером 32000 п.о Ген Masmc4 обыкновенной полевки состоит из 24 экзонов, рамка считывания начинается в экзоне №2. Размер мРНК составляет 4218 п.н., размер кодируемого белка составляет 1286 а.о.
2. Область 5' гена MaSMC4 содержит CpG островок размером 1750 п.о., простирающийся в район экзона-интрона №1, экзона №2. Показано, что область CpG островка гена MaSMC4 имеет отрицательный потенциал связывания нуклеосом.
3. Регуляторная область гена SMC4 у мыши, крысы, полевки и человека » перекрывается с потенциальным геном, гомологичным ВС034101
(H.sapiens) и имеет размер около 500 п.о. Гены SMC4 имеют множеств энные точки старта транскрипции. В области мажорной точки старта располагается элемент INR ССАиТПТ (PyPyA^NT/APyPy). Для 5' области гена SMC4 характерно отсутствие ТАТА-бокса и наличие множественных потенциальных сайтов связывания базального транскрипционного фактора Spl. INR(+), ТАТА(-) класс промоторов является характерным для генов домашнего хозяйства с конститутивным уровнем экспрессии.
4. Проанализирована степень дивергенции кодирующих последовательностей гена SMC4 полевки, мыши, крысы, человека и шпорцевой лягушки. Среднее отношение коэффициента синонимичных на коэффициент несинонимичных замен (Ka/Ks) исследованных генов SMC4 составляет 0,123. Наиболее вариабельным районом гена является экзон №2 (Ka/Ks=0,71), экзоны №3-24 подвержены более сильному давлению стабилизирующего отбора (Ka/Ks=0,lll). Наиболее консервативным районом генов SMC4 является участок, кодирующий С-глобулярный домен белков, содержащий ДА-бокс (Ka/Ks=0,024).
5. Определены последовательности ДНК полевки M.arvalis, кодирующие белки семейства SMC1, SMC2 и SMC3. Показана высокая гомология данных пептидов с районами ДА-бокс белков SMC1, SMC2 и SMC3 человека, мыши, шпорцевой лягушки.
Публикации
1. Павлова С.В.. Нестерова Т.Б., Закиян С.М. Семейство SMC белков: от конденсации до дозовой компенсации // Сборник научных трудов под ред. Шумного В.К. Новосибирск: Институт цитологии и генетики СО РАН, 2000. С. 215-223.
2. Павлова СВ.. Нестерова Т.Б., Закиян С.М. Гены структурных белков семейства SMC у обыкновенных полевок Microtus arvalis II Молекулярная Биология. 2001. Т.35. С. 383-390.
3. Павлова С.В . Закиян С.М. Структурные белки семейства SMC (Structural Maintenance of Chromosomes) и их роль в реорганизации хроматина // Генетика. 2003. №10, в печати
4. Pa-'Jova S У.. Derbeneva О. A, Nesterova Т.В., Mazurok N. A., Duthie S.M., Zakian S.M. Cloning and characterization of vole SMC4 gene and protein, putative component of the chromosome condensation complexes // International symposium on X chromosome inactivation in mammals, Sept. 6-12,1999, Novosibirsk, Russia.
Подписано к печати 30.09.2003 г.
Формат бумаги 60x90. Печ. JI. 1 Уч. Изд. JI. 0,7
Тираж 100 экз. Заказ 98
Ротапринт Института цитологии и генетики СО РАН 630090, Новосибирск, пр. ак. Лаврентьева, 10
»16 354 I
-A
Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Павлова, Софья Викторовна
Введение
Глава 1. Обзор литературы
1.1. Введение
1.2. Организация интерфазного хроматина в ядре
1.3. Структура метафазных хромосом
1.4. Структурные белки семейства SMC
1.5. Молекулярная структура белков SMC семейства
1.6. Организация генов, кодирующих белки семейства SMC
1.7. Сегрегация бактериальных хромосом. Особенности прокариотических 24 представителей семейства SMC
1.8. Когезия сестринских хроматид
1.8.1. Сцепление сестринских хроматид происходит при участии комплекса 27 когезин, коровым компонентом которого являются белки SMC1-SMC
1.8.2. Биохимические свойства и архитектура комплекса когезин
1.8.3. Инициация сцепления сестринких хроматид
1.8.4. Распределение комплексов когезин на хромосомах
1.8.5. Разделение хроматид в митозе
1.8.6. 4 Когезия сестринских хроматид в мейозе
1.9. Белки SMC участвуют в процессах рекомбинации
1.10. Участие белков SMC5-SMC6 в рекомбинационной репарации 37 двуцепочечных разрывов ДНК
1.11. Формирование митотических хромосом при участии гетеродимера 38 SMC2-SMC4 в составе комплекса конденсин
1.11.1. Регуляция локализации конденсина в клеточном цикле
1.11.2. Взаимодействие конденсина с хроматином
1.11.3." Гетеродимер SMC2-SMC4 дрожжей S.pombe способен ренатурировать i днк
1.11.4. Конденсин вводит положительные супервитки в замкнутую молекулу 42 ДНК in vitro, используя энергию гидролиза АТФ
1.11.5. Конденсин-подобный комплекс у C.elegans отвечает за дозовую 44 4 компенсацию генов
1.12. Модель инактивации X хромосомы у самок высших млекопитающих 44 при участии SMC содержащих комплексов
1.13. Перспективы изучения механизма инактивации Х-хромосом на модели 46 межвидовых гибридов обыкновенных полевок (род Microtus, группа arvalis") •
Введение Диссертация по биологии, на тему "Организация генов, кодирующих белки семейства SMC у обыкновенной полевки Microtus arvalis"
Актуальность проблемы
Структурные белки хроматина семейства SMC (Structural Maintenance of Chromosomes) играют важную роль во многих процессах, связанных с метаболизмом ДНК в клетке. Это, консервативное у всех организмов семейство белков, содержит пять эукариотических групп и одну бактериальную. Представители SMC семейства эукариот входят в состав биохимических комплексов, отвечающих за когезию сестринских хроматид, рекомбинацию, репарацию, регуляцию экспрессии генов (SMC1/SMC3, SMC2/SMC4, SMC5/SMC6), формирование митотических хромосом (SMC2/SMC4) (Strunnikov & Jessberger, 1999; Hirano, 1999; Jessberger et al., 1998). Анализ литературных данных показывает, что белки SMC являются базовым компонентом ряда систем наследования, изменчивости и реализации генетического материала клеток.
Ранее нами было высказано предположение, что SMC белки могут участвовать в поддержании дозовой компенсации X хромосом у самок млекопитающих (Павлова и др. 2000). Генетическая система этих белков, однако, слабо изучена. Выявление генов семейства SMC в геноме обыкновенных полевок и анализ их функций является первоочередной задачей, стоящей на пути исследования участия белков SMC в процессе дозовой компенсации Х-хромосом у самок высших млекопитающих в целом, и изучения феномена неслучайной инактивации у обыкновенных полевок в частности (Zakian et al., 1987).
Цель и задачи исследования
Целью настоящей работы является изучение последовательностей ДНК генома обыкновенной полевки Microtus arvalis, кодирующих белки семейства SMC. В конкретные задачи работы входило:
1. Выявить и установить последовательность гена Masmc4 (Microtus arvalis подсемейства SMC4) в геноме полевки М.arvalis
2. Выявить и установить последовательность мРНК генаMasmc4 группы.
3. Определить экзон-интронную структуру тгъг.Машс4
4. Проанализировать промоторную область гена Masmc4
5. Определить локализацию гена Masmc4 на хромосомах обыкновенных полевок
6. Выявить и проанализировать методом ПЦР последовательности ДНК, кодирующие белки SMC1, SMC2, SMC3 в геноме полевки.
7. Проанализировать полученные данные в свете сравнительной геномики
Научная новизна и практическая ценность работы
В нашей работе мы впервые выявили гены структурных белков SMC в геноме обыкновенной полевки M.arvalis и выделили полную копию гена Masmc4 (Microtus arvalis подсемейства SMC4), установили его экзон/интронную структуру, провели анализ 5' регуляторной области. Выявили последовательности 3' районов генов Masmcl, Masmc2, Masmc3 обыкновенной полевки и показали высокую степень их гомологии с известными последовательностями белков SMC.
Проведен сравнительный анализ генов белков семейства SMC4 грызунов (M.arvalis, Mus musculus, Rattus norvegicus), человека, шпорцевой лягушки (Xenopus laevis) и выявлены основные принципы организации и регуляции исследуемых генов.
Последовательности ДНК генов зарегистрированны в базе данных EMBL. Наши данные подтвердили высокую степень гомологии последовательностей белков SMC у разных групп организмов. Они являются несомненным вкладом в изучение генетики семейства структурных белков SMC.
Апробация работы и публикации
По материалам диссертации опубликованы две работы. Результаты работы были доложены на двух международных конференциях.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов, результатов и обсуждения, заключения, выводов и списка цитируемой литературы.
Заключение Диссертация по теме "Генетика", Павлова, Софья Викторовна
Выводы
Определена полная нуклеотидная последовательность гена MaSMC4 полевки M.arvalis размером 32000 п.о. Ген Masmc4 обыкновенной полевки состоит из 24 экзонов, рамка считывания начинается экзоне №2. Размер мРНК составляет 4218 п.н., размер кодируемого белка составляет 1286 а.о. t
Область 5' гена MaSMC4 содержит CpG островок размером 1750 п.о., простирающийся в район экзона-интрона №1, экзона №2. Показано, что область CpG островка гена MaSMC4 имеет отрицательный потенциал связывания нуклеосом. Регуляторная область гена SMC4 у мыши, крысы, полевки и человека перекрывается с потенциальным геном, гомологичным ВС034101 (H.sapiens) и имеет размер около 500 п.о. Гены SMC4 имеют множестванные точки старта транскрипции. В области мажорной точки старта располагается элемент INR CCA+iTTTT (PyPyA+iNT/ApyPy). Для 5' области гена SMC4 характерно отсутствие ТАТА-бокса и наличие множественных потенциальных сайтов связывания базального транскрипционного фактора Spl. INR(+), ТАТА(-) класс промоторов является характерным для генов домашнего хозяйства с конститутивным уровнем экспрессии.
Проанализирована степень дивергенции кодирующих последовательностей гена SMC4 полевки, мыши, крысы, человека и шпорцевой лягушки. Среднее отношение коэффициента синонимичных на коэффициент несинонимичных замен (Ka/Ks) исследованных генов SMC4 составляет 0,123. Наиболее вариабельным районом гена является экзон №2 (Ka/Ks=0,71), экзоны №3-24 подвержены более сильному давлению стабилизирующего отбора (Ka/Ks=0,l 11). Наиболее консервативным районом генов SMC4 является участок, кодирующий С-глобулярный домен белков, содержащий ДА-бокс (Ka/Ks=0,024).
Определены последовательности ДНК полевки M.arvalis, кодирующие белки семейства SMC1, SMC2 и SMC3. Показана высокая гомология данных пептидов с районами ДА-бокс белков SMC1, SMC2 и SMC3 человека, мыши, шпорцевой лягушки.
Заключение.
Целью настоящей работы являлось описание генов семейства SMC в геноме обыкновенной полевки M.arvalis. Используя современные данные и подходы мы проанализировали структуру генов семейства SMC у человека, мыши и крысы и сравнили с собственными экспериментальными данными.
Методом ПЦР были амплифицированы районы генов SMC 1,2,3, кодирующие консервативный домен Да-бокс. Методом «прогулки по хромосоме» были выявлены ряд перекрывающихся геномных фаговых клонов полевки M.arvalis, содержащих последовательность гена белка SMC4, обозначенного нами как MaSMC4 (vSMC4). Методом радиоактивного скрининга кДНК библиотеки полевки M.arvalis и ПЦР со специфическими праймерами (с последующим сиквенсом полученных фрагментов ДНК), мы выявили последовательность мРНК гена MaSMC4. При сравнении последовательностей гена и мРНК MaSMC4 мы определили экзон-интронную структуру. Размер гена составляет 32 т.п.о., ген состоит из 24 экзонов и интронов, содержит CpG островок длиной 1750 п.о. в 5'-области гена (включая район экзона №1 и №2), рамка считывания белка SMC4 начинается в экзоне №2. Последовательность гена MaSMC4 высоко гомологична генам SMC4 мыши, крысы, человека и шпорцевой лягушки. В последнем случае процент дивергенции нуклеотидных последовательностей мРНК составляет 28% (белков - 24,8%). Наиболее близким гену SMC4 полевки по структуре оказался ген SMC4 мыши, степень дивергенции мРНК составила 8,8%, белков - 7,5%. Среднее отношение коэффициента синонимичных к коэффициенту несинонимичных замен (Ka/Ks) в мРНК генов SMC4 полевки, мыши, крысы, человека и шпорцевой лягушки составляет 0,123. Наиболее вариабельным районом гена является экзон №2 (Ka/Ks=0,71), экзоны №3-24 подвержены сильному давлению стабилизирующего отбора (Ka/Ks=0,lll). Наиболее консервативным районом генов SMC4 является участок, кодирующий С-глобулярный домен белков, содержащий ДА-бокс (Ka/Ks=0,024).
Современные данные, полученные при анализе последовательности геномов мыши и человека, свидетельствуют, что степень дивергенции кодирующих областей генов является низкой, что позволяет выявлять ортологичные гены, а степень дивергенции регуляторных последовательностей является достаточно высокой, чтобы выявлять присутствующие там функциональные элементы. Промоторная область генов SMC4 у видов полевка, мышь, крыса, лягушка содержит консервативные участки, которые могут являться значимыми для регуляции экспрессии данного гена.
Регуляторная область гена SMC4 у мыши, крысы, полевки и человека перекрывается с потенциальным геном, гомологичным ВС034101 (H.sapiens) и имеет размер около 500 п.о. Гены SMC4 имеют множестванные точки старта транскрипции. В области мажорной точки старта располагается элемент INR CCA+iTTTT (PyPyA+iNT/ApyPy). Для 5' области гена SMC4 характерно отсутствие ТАТА-бокса и наличие множественных потенциальных сайтов связывания базального транскрипционного фактора Spl. INR(+), ТАТА(-) класс промоторов является характерным для генов домашнего хозяйства с конститутивным уровнем экспрессии. Основной функцией факторов Spl, возможно, является поддержание ДНК промоторного районов активных генов в неметилированном состоянии и «открытой» конформации. Отсутствие метилирования цитозинов спобствует сохранению островков CpG в 5'области генов, тогда как при дезаминировании метилированных цитозинов в ДНК происходит замена на тимин и «размывание» кластеров CpG в нейтральных позициях генома.
ДНК CpG островков генов SMC4 исследуемых видов в промоторной области и районе первых двух экзонов имеет отрицательный потенциал связывания нуклеосом, что косвенно свидетельствует о высоком уровне транскрипции. Высокая консервативность, низкие значения Ka/Ks, отражающие действие стабилизирующего отбора, потенциально «активная» 5'область, содержащая островок CpG является следствием высокой биологической значимости белков семейства SMC4.
Район синтении, содержащий ген SMC4 охватывает порядка 20 м.п.н. на 3 хромосоме у человека (3q25 бэнде, в районе 150 м.п.н.), 18 м.п.н. на 3 хромосоме у мыши (ЗЕ2 цитологический бэнд 69 м.п.н.) и 22 м.п.н. на 2 хромосоме у крысы (2q31 бэнд 150.8 м.п.н.). Порядок генов в синтенных группах, содержащих ген белка SMC4 (от гена TM4SF1 до гена SERFINI), у трех видов сохранен. Около 90% геномов мыши и человека организованы в консервативные синтенные группы, сохраняющие порядок генов, который имел место у предкового организма (MGSC, 2002).
Семейство SMC эукариот включает в себя шесть основных генов SMCl-б, играющих значительную роль в реорганизации структуры хроматина в клеточном цикле и регуляции транскрипционной активности. Наиболее консервативными внутри семейства являются гены SMCla и SMC3. Процент дивергенции аминокислотных последовательностей варьирует от 0.1% между белками SMC3 мыши и человека до 2% между белками SMCla мыши и крысы. Высокая степень консервативности генов SMCla и SMC3 отражает большое функциональное значение данных генов для клетки. Помимо участия в когезии хроматид в митозе и мейозе, продукты генов SMCla и SMC3 входят в состав кинетохорной пластинки и аппарата веретена деления. Кроме этого, белок SMC3 был описан ранее как продукт гена Ъатасап (Cspg6), который выполняет функцию, совершенно не связанную с реорганизацией ДНК — в форме протеогликана присутствует во внеклеточных образованиях соединительных тканей.
У млекопитающих присутствует дополнительный ген SMClfi, отвечающий за когезию центромер в мейозе и возникший, по-видимому, в результате дупликации гена SMCla. Гены SMClfi и SMCla выравниваются между собой по всей длине и процент гомологии на нуклеотидном уровне составляет 61%. Отношение коэффициентов синонимичных и несинонимичных замен для данной пары генов составляет у мыши 0,144 и у человека 0,129. Данные показатели Ka/Ks характерны для консервативных генов, поддерживаемых стабилизирующим отбором. В данном случае, это свидетельствует о наличии функциональных участков, общих для генов SMC1J2 и SMCla, а фиксация незначительной части замен приводит к возникновению обособленной функции у гена SMClfi.
Другой пример, когда в геноме возникает дополнительный ген SMC, известен для C.elegans. В геноме нематод присутствуют два гена подсемейства SMC4 — собственно SMC4, отвечающий за митотическую конденсацию хроматина и Dpy 27, участвующий в дозовой компенсации генов Х-хромосом у гермафродитов с генотипом XX. Данные гены значительно дивергировали друг от друга и выравнивание между ними возможно лишь в районах, кодирующих консервативные домены (Ka/Ks для района Да-бокс генов SMC4 и Dpy 2 7 составляет 0,197). I
Вопрос об участии генов SMC в процессе дозовой компенсации генов Х-хромосом у самок высших млекопитающих пока еще остается открытым. Поиск в базах данных геномов мыши, человека и крысы последовательностей, кодирующих консервативные домены белков SMC, не выявил дополнительных генов, кроме уже известных SMCla, SMCip, SMC2-6. Таким образом, хотя специальных генов (как Dpy27 у C.elegans) у млекопитающих нет, однако, по всей видимости, список неканонических (помимо когезии и конденсации хроматид) функций белков семейства SMC пока еще не закрыт. Мы по-прежнему не исключаем возможности того, что продукты генов SMC тем или иным образом связаны с реорганизацией структуры ДНК инакивируемой X хромосомы у самок высших млекопитающих.
Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Павлова, Софья Викторовна, Новосибирск
1. Альберте Б., Брей Д., Льюис Дж., Рэфф Б., Роберте К., Уотсон Дж. Молекулярная биология клетки. Москва: «Мир», 1994.
2. Громов И.М., Поляков И .Я. Фауна СССР. Млекопитающие. Полевки (Microtinae) // Л: Наука. 1977. Т.З. 504 С.
3. Малыгин В.М. Систематика обыкновенной полевки. // М.:Наука. 1983. 208 С.
4. Малыгин В.М., Саблина О.В. Кариотипы. // Обыкновенная полевка: Виды-двойники. М.: Наука. 1994. С.7-25.
5. Мейер М.Н., Голенищев Ф.Н., Раджабли С.И., Саблина О.Л. Серые полевки фауны России и сопредельных территорий. // Труды Зоологического института. Санкт-Петербург. 1996. Т.232. 320 С.
6. Мейер М.Н., Раджабли С.И., Булатова Н.Ш., Голенищев Ф.Н. Кариологические особенности и вероятные родственные связи полевок группы "arvalis" (Rodentia, CricetidaeJ // Зоол. ж. 1985. T.LXIV. N*3. С.417-428.
7. Патрушев Л.И. Экспрессия генов. Москва: «Наука», 2000.
8. Akhmedov А. Т., Gross В. and Jessberger R. "Mammalian SMC3 C-terminal and coiled-coil protein domains specifically bind palindromic DNA, do not block DNA ends, and prevent DNA bending" // J Biol Chem, 1999, V. 274, P. 38216-38224.
9. Akhmedov А. Т., Frei C., Tsai-Pflugfelder M., Kemper В., Gasser S. M. and Jessberger R. "Structural maintenance of chromosomes protein C-terminal domains bind preferentially to DNA with secondary structure" // J Biol Chem, 1998, V. 273, P. 24088-24094.
10. Alexandru G., Uhlmann F., Mechtler K., Poupart M. A. and Nasmyth K. "Phosphorylation of the cohesin subunit Sccl by Polo/Cdc5 kinase regulates sister chromatid separation in yeast" // Cell, 2001, V. 105, P. 459-472.
11. Amon A. "Together until separin do us part" // Nat Cell Biol, 2001, V. 3, P. E12-14.
12. Anderson D. E., Losada A., Erickson H. P. and Hirano T. "Condensin and cohesin display different arm conformations with characteristic hinge angles" // J Cell Biol, 2002, V. 28, P. 28.
13. Bailey J. A., Carrel L., Chakravarti A. and Eichler E. E. "From the cover: molecular evidence for a relationship between LINE-1 elements and X chromosome inactivation: the Lyon repeat hypothesis" // Proc Natl Acad Sci U S A, 2000, V. 97, P. 6634-6639.
14. Ball A. R., Jr., Schmiesing J. A., Zhou C., Gregson H. C., Okada Y., Doi T. and Yokomori K. "Identification of a chromosome-targeting domain in the human condensin subunit CNAP 1/hCAP-D2/Eg7" // Mol Cell Biol, 2002, V. 22, P. 5769-5781.
15. Ball Jr A. R. and Yokomori K. "The structural maintenance of chromosomes (SMC) family of proteins in mammals" // Chromosome Res, 2001, V. 9, P. 85-96.
16. Bazett-Jones D. P., Kimura K. and Hirano T. "Efficient supercoiling of DNA by a single condensin complex as revealed by electron spectroscopic imaging" // Mol Cell, 2002, V. 9, P. 1183-1190.
17. Bellorini, M., Dantonel, J. C., Yoon, J. В., Roeder, R G., Tora, L., and Mantovani, R. "The major histocompatibility complex class II Ea promoter requires TFIID binding to an initiator sequence" // Mol Cell Biol, 1996 V. 16, P. 503-512.
18. Bhat M. A., Philp A. V., Glover D. M. and Bellen H. J. "Chromatid segregation at anaphase requires the barren product, a novel chromosome-associated protein that interacts with Topoisomerase II" // Cell, 1996, V. 87, P. 1103-1114.
19. Blat Y. and Kleckner N. "Cohesins bind to preferential sites along yeast chromosome III, with differential regulation along arms versus the centric region" // Cell, 1999, V. 98, P. 249-259.
20. Britton R. A., Lin D. C. and Grossman A. D. "Characterization of a prokaryotic SMC protein involved in chromosome partitioning" // Genes Dev, 1998, V. 12, P. 1254-1259.
21. Brockdorff N. "The role of Xist in X-inactivation" // Curr Opin Genet Dev, 1998, V. 8, P. 328-333.
22. Brown C. J. and Robinson W. P. "XIST expression and X-chromosome inactivation in human preimplantation embryos" // Am J Hum Genet, 1997, V. 61, P. 5-8.
23. Brown C. J., Ballabio A., Rupert J. L., Lafreniere R. G., Grompe M., Tonlorenzi R. and Willard H. F. "A gene from the region of the human X inactivation centre is expressed exclusively from the inactive X chromosome" // Nature, 1991a, V. 349, P. 38-44.
24. Cabello О. A., Eliseeva E., He W. G., Youssoufian H., Plon S. E., Brinkley B. R. and ^ Belmont J. W. "Cell cycle-dependent expression and nucleolar localization of hCAP-H" //
25. Mol Biol Cell, 2001, V. 12, P. 3527-3537.
26. Carmi I. and Meyer B. J. "The primary sex determination signal of Caenorhabditis elegans" // Genetics, 1999, V. 152, P. 999-1015.
27. Chu D. S., Dawes H. E., Lieb J. D., Chan R. C., Kuo A. F. and Meyer B. J. "A molecular link between gene-specific and chromosome-wide transcriptional repression" // Genes Dev, 2002, V. 16, P. 796-805.
28. Chuang P. Т., Albertson D. G. and Meyer B. J. "DPY-27:a chromosome condensation protein homolog that regulates C. elegans dosage compensation through association with the X chromosome" // Cell, 1994, V. 79, P. 459-474.
29. Chuang P. Т., Lieb J. D. and Meyer B. J. "Sex-specific assembly of a dosage compensation complex on the nematode X chromosome" // Science, 1996, V. 274, P. 1736-1739.
30. Ciosk R., Zachariae W., Michaelis C., Shevchenko A., Mann M. and Nasmyth K. "An ESP1/PDS1 complex regulates loss of sister chromatid cohesion at the metaphase toj anaphase transition in yeast" // Cell, 1998, V. 93, P. 1067-1076.
31. Ciosk R., Shirayama M., Shevchenko A., Tanaka Т., Toth A. and Nasmyth K. "Cohesin'si ,binding to chromosomes depends on a separate complex consisting of Scc2 and Scc4proteins" // Mol Cell, 2000, V. 5, P. 243-254.
32. Cheremushkin E., Kel A. "Whole Genome Human/Mouse Phylogenetic Footprinting of Potential Transcription Regulatory Signals"// Pacific Symposium on Biocomputing, 2003, V. 8, P. 291-302.
33. Clemson С. M., McNeil J. A., Willard H. F. and Lawrence J. B. "XIST RNA paints the m inactive X chromosome at interphase: evidence for a novel RNA involved innuclear/chromosome structure" // J Cell Biol, 1996, V. 132, P. 259-275.
34. Cobbe N. and Heck M. M. "Review: SMCs in the world of chromosome biology- from prokaryotes to higher eukaryotes" // J Struct Biol, 2000, V. 129, P. 123-143.
35. Comeron J.M. "K-Estimator: calculation of the number of nucleotide substitutions per site and the confidence intervals" //Bioinformatics, 1999, V. 15, № 9, P. 763-764.
36. Connelly J. C., Kirkham L. A. and Leach D. R. "The SbcCD nuclease of Escherichia coli is a structural maintenance of chromosomes (SMC) family protein that cleaves hairpin DNA" // Proc Natl Acad Sci U S A, 1998, V. 95, P. 7969-7974.
37. Щ 40. Costanzi C., Stein P., Worrad D. M., Schultz R. M. and Pehrson J. R. "Histone macroH2Alis concentrated in the inactive X chromosome of female preimplantation mouse embryos" // Development, 2000, V. 127, P. 2283-2289.
38. Csankovszki G., Panning В., Bates В., Pehrson J. R. and Jaenisch R. "Conditional deletion of Xist disrupts histone macroH2A localization but not maintenance of X inactivation" // Nat Genet, 1999, V. 22, P. 323-324. i
39. Darwiche N., Freeman L. A. and Strunnikov A. "Characterization of the components of the putative mammalian sister chromatid cohesion complex" // Gene, 1999, V. 233, P. 39-47.
40. Dawes H. E., Berlin D. S., Lapidus D. M., Nusbaum C., Davis T. L. and Meyer B. J. "Dosage compensation proteins • targeted to X chromosomes by a determinant of hermaphrodite fate" // Science, 1999, V. 284, P. 1800-1804.
41. Donze D., Adams C. R., Rine J. and Kamakaka R. T. "The boundaries of the silenced HMR domain in Saccharomyces cerevisiae" // Genes Dev, 1999, V. 13, P. 698-708.
42. Eide Т., Carlson C., Tasken K. A., Hirano Т., Tasken K. and Collas P. "Distinct but overlaPing domains of AKAP95 are implicated in chromosome condensation and condensin targeting" // EMBO Rep, 2002, V. 18, P. 18.
43. Eijpe M., Heyting C., Gross B. and Jessberger R. "Association of mammalian SMC1 and SMC3 proteins with meiotic chromosomes and synaptonemal complexes" // J Cell Sci, 2000, V. 113, P. 673-682.
44. Fousteri M. I. and Lehmann A. R "A novel SMC protein complex in Schizosaccharomyces pombe contains the Radl8 DNA repair protein" // Embo J, 2000, V. 19, P. 1691-1702.
45. Freeman L., Aragon-Alcaide L. and Strunnikov A. "The condensin complex governs chromosome condensation and mitotic transmission of rDNA" // J Cell Biol, 2000, V. 149, P. 811-824.
46. Furuya K., Takahashi K. and Yanagida M. "Faithful anaphase is ensured by Mis4, a sister chromatid cohesion molecule required in S phase and not destroyed in Gl phase" // Genes Dev, 1998, V. 12, P. 3408-3418.
47. Gartler S. M. and Riggs A. D. "Mammalian X-chromosome inactivation" // Annu Rev Genet, 1983, V. 17, P. 155-190.
48. Ghiselli, G., Coffee, N. Munnery, С. E., Koratkar, R., and Siracusa, L. D. "The cohesin SMC3 is a target the for beta-catenin/TCF4 transactivation pathway" // J Biol Chem, 2003, V. 278, P. 20259-20267.
49. Ghiselli, G., Siracusa, L. D., and Iozzo, R. V. "Complete cDNA cloning, genomic organization, chromosomal assignment, functional characterization of the promoter, and expression of the murine Bamacan gene" // J Biol Chem, 1999 V. 274, P. 17384-17393.
50. Graumann P. L., Losick R. and Strunnikov A. V. "Subcellular localization of Bacillus subtilis SMC, a protein involved in chromosome condensation and segregation" // J Bacteriol, 1998, V. 180, P. 5749-5755.
51. Gregson H. C., Van Hooser A. A., Ball A. R., Jr., Brinkley B. R. and Yokomori K. "Localization of human SMC1 protein at kinetochores" // Chromosome Res, 2002, V. 10, P. 267-277.
52. Gregson H. C., Schmiesing J. A., Kim J. S., Kobayashi Т., Zhou S. and Yokomori K. "A potential role for human cohesin in mitotic spindle aster assembly" // J Biol Chem, 2001, V. 276, P. 47575-47582.
53. Guacci V., Koshland D. and Strunnikov A. "A direct link between sister chromatid cohesion and chromosome condensation revealed through the analysis of MCD1 in S. cerevisiae" // Cell, 1997, V. 91, P. 47-57.
54. Haering С. H., Lowe J., Hochwagen A. and Nasmyth K. "Molecular architecture of SMC proteins and the yeast cohesin complex" // Mol Cell, 2002, V. 9, P. 773-788.
55. Hall, T.A. " BioEdit: a user-friendly biological sequence alignment editor and analysis program for Windows 95/98/NT" // Nucl. Acids. Symp. 1999, V. 41, P.95-98.
56. Hagstrom K. A., Holmes V. F., Cozzarelli N. R. and Meyer B. J. "C. elegans condensin promotes mitotic chromosome architecture, centromere organization, and sister chromatid segregation during mitosis and meiosis" // Genes Dev, 2002, V. 16, P. 729-742.
57. Hart С. M. and Laemmli U. K. "Facilitation of chromatin dynamics by SARs" // Curr Opin Genet Dev, 1998, V. 8, P. 519-525.
58. Hartman Т., Stead K., Koshland D. and Guacci V. "Pds5p is an essential chromosomal protein required for both sister chromatid cohesion and condensation in Saccharomyces cerevisiae" // J Cell Biol, 2000, V. 151, P. 613-626.
59. Harvey S. H., Krien M. J. and O'Connell M. J. "Structural maintenance of chromosomes (SMC) proteins, a family of conserved ATPases" // Genome Biol, 2002, V. 3, P.
60. Hauf S., Waizenegger I. C. and Peters J. M. "Cohesin cleavage by separase required for anaphase and cytokinesis in human cells" II Science, 2001, V. 293, P. 1320-1323.
61. He, F., Narayan, S., and Wilson, S." H. "Purification and characterization of a DNA polymerase beta promoter initiator element-binding transcription factor from bovine testis" //Biochemistry, 1996 V. 35, P. 1775-1782.
62. Hirano M. and Hirano T. "ATP-dependent aggregation of single-stranded DNA by a bacterial SMC homodimer" // Embo J, 1998, V. 17, P. 7139-7148.
63. Hirano M., Anderson D. E., Erickson H. P. and Hirano T. "Bimodal activation of SMC ATPase by intra- and inter-molecular interactions" //Embo J, 2001, V. 20, P. 3238-3250.
64. Hirano T. "SMC protein complexes and higher-order chromosome dynamics" // Curr Opin Cell Biol, 1998, V. 10, P. 317-322.'
65. Hirano T. "SMC-mediated chromosome mechanics: a conserved scheme from bacteria to vertebrates?" //Genes Dev, 1999, V. 13, P. 11-19.
66. Hirano T. "Chromosome cohesion, condensation, and separation" // Annu Rev Biochem, 2000, V. 69, P. 115-144.
67. Hirano T. "The ABCs of SMC proteins: two-armed ATPases for chromosome condensation, cohesion, and repair" // Genes Dev, 2002, V. 16, P. 399-414.
68. Hirano T. and Mitchison T. J. "Topoisomerase II does not play a scaffolding role in the organization of mitotic chromosomes assembled in Xenopus egg extracts" // J Cell Biol, 1993, V. 120, P. 601-612.
69. Hirano T. and Mitchison T. J. "A heterodimeric coiled-coil protein required for mitotic chromosome condensation in vitro" // Cell, 1994, V. 79, P. 449-458.
70. Hirano Т., Mitchison T. J. and Swedlow J. R. "The SMC family: from chromosome condensation to dosage compensation" // Curr Opin Cell Biol, 1995, V. 7, P. 329-336.
71. Hirano Т., Kobayashi R. and Hirano M. "Condensins, chromosome condensation protein complexes containing XCAP- С, XCAP-E and a Xenopus homolog of the Drosophila Barren protein" // Cell, 1997, V. 89, P. 511-521.
72. Houbaviy, H. B. and Burley, S. K. "Thermodynamic analysis of the interaction between YY1 and the AAV P5 promoter initiator element" // Chem Biol, 2001, V. 8, P. 179-187.
73. Holmes V. F. and Cozzarelli N. R. "Closing the ring: links between SMC proteins and chromosome partitioning, condensation, and supercoiling" // Proc Natl Acad Sci U S A, 2000, V. 97, P. 1322-1324.
74. Holt С. L. and May G. S. "An extragenic suPressor of the mitosis-defective bimD6 mutation of Aspergillus nidulans codes for a chromosome scaffold protein" // Genetics, 1996, V. 142, P. 777-787.
75. Hoque M. T. and Ishikawa F. "Human chromatid cohesin component hRad21 is phosphorylated in M phase and associated with metaphase centromeres" // J Biol Chem,2001, V. 276, P. 5059-5067.
76. Horvath J. E., Bailey J. A., Locke D. P. and Eichler E. E. "Lessons from the human genome: transitions between euchromatin and heterochromatin" // Hum Mol Genet, 2001, V. 10, P. 2215-2223.
77. Ivanov D., Schleiffer A., Eisenhaber F., Mechtler K., Haering С. H. and Nasmyth K. "Ecol is a novel acetyltransferase that can acetylate proteins involved in cohesion" // Curr Biol,2002, V. 12, P. 323-328.
78. Jager H., Herzig A., Lehner C. F. and Heidmann S. "Drosophila separase is required for sister chromatid separation and binds to P1M and THR" // Genes Dev, 2001, V. 15, P. 2572-2584.
79. Jallepalli P. V., Waizenegger I. C., Bunz F., Langer S., Speicher M. R., Peters J. M., Kinzler K. W., Vogelstein B. and Lengauer C. "Securin is required for chromosomal stability in human cells" II Cell, 2001, V. 105, P. 445-457.
80. Jensen R. B. and Shapiro L. "The Caulobacter crescentus smc gene is required for cell cycle progression and chromosome segregation" // Proc Natl Acad Sci U S A, 1999, V. 96, P. 10661-10666.
81. JePesen P. and Turner В. M. "The inactive X chromosome in female mammals is distinguished by a lack of histone H4 acetylation, a cytogenetic marker for gene expression" // Cell, 1993, V. 74, P. 281-289.
82. Jessberger R. "The many functions of smc proteins in chromosome dynamics" // Nat Rev Mol Cell Biol, 2002, V. 3, P. 767-778.
83. Jessberger R, Frei C. and Gasser S. M. "Chromosome dynamics: the SMC protein family" // Curr Opin Genet Dev, 1998, V. 8, P. 254-259.
84. Jessberger R., Podust V., Hubscher U. and Berg P. "A mammalian protein complex that repairs double-strand breaks and deletions by recombination" // J Biol Chem, 1993, V. 268, P. 15070-15079.
85. Jessberger R., Chui G., Linn S. and Kemper B. "Analysis of the mammalian recombination protein complex RC-1" // Mutat Res, 1996, V. 350, P. 217-227.
86. Johansson, E., Hjortsberg, K., and Thelander, L. "Two YY-l-binding proximal elements regulate the promoter strength of the TATA-less mouse ribonucleotide reductase R1 gene" // J Biol Chem, 1998, V. 273, P. 29816-29821.
87. Jones S. and Sgouros J. "The cohesin complex: sequence homologies, interaction networks and shared motifs" // Genome Biol, 2001, V. 2, P.
88. Kazazian H. H., Jr. and Moran J. V. "The impact of LI retrotransposons on the human genome" // Nat Genet, 1998, V. 19, P. 19-24. i
89. Kimura K. and Hirano T. "ATP-dependent positive supercoiling of DNA by 13S condensin: a biochemical implication for chromosome condensation" // Cell, 1997, V. 90, P. 625-634.
90. Kimura K. and Hirano T. "Dual roles of the 1 IS regulatory subcomplex in condensin functions" // Proc Natl Acad Sci U S A, 2000, V. 97, P. 11972-11977.
91. Kimura K., Cuvier O. and Hirano T. "Chromosome condensation by a human condensin complex in Xenopus egg extracts" // J Biol Chem, 2001, V. 276, P. 5417-5420.
92. Kimura K., Hirano M., Kobayashi R. and Hirano T. "Phosphorylation and activation of 13S condensin by Cdc2 in vitro" // Science, 1998, V. 282, P. 487-490.
93. Kimura K., Rybenkov V. V., Crisona N. J., Hirano T. and Cozzarelli N. R. "13S condensin actively reconfigures DNA by introducing global positive writhe: implications for chromosome condensation" // Cell, 1999, V. 98, P. 239-248.
94. Klein F., Mahr P., Galova M., Buonomo S. В., Michaelis C., Nairz K. and Nasmyth K. "A central role for cohesins in sister chromatid cohesion, formation of axial elements, and recombination during yeast meiosis" // Cell, 1999, V. 98, P. 91-103.
95. Korenberg J. R. and Rykowski M. C. "Human genome organization: Alu, lines, and the molecular structure of metaphase chromosome bands" // Cell, 1988, V. 53, P. 391-400.
96. Koshland D. and Strunnikov A. "Mitotic chromosome condensation" // Annu Rev Cell Dev Biol, 1996, V. 12, P. 305-333.
97. KurodaM. I. and Villeneuve A. M. "Promiscuous chromosomal proteins: complexes about sex" // Science, 1996, V. 274, P. 1633-1634.
98. Laloraya S., Guacci V. and Koshland D. "Chromosomal addresses of the cohesin component Mcdlp" // J Cell Biol, 2000, V. 151, P. 1047-1056.
99. Lavoie B. D., Hogan E. and Koshland D. "In vivo dissection of the chromosome condensation machinery: reversibility of condensation distinguishes contributions of condensin and cohesin" //J Cell Biol, 2002, V. 156, P. 805-815.
100. Lee J. T. and Jaenisch R. "Long-range cis effects of ectopic X-inactivation centres on a mouse autosome" //Nature, 1997, V. 386, P. 275-279.
101. Lee J. Т. and Lu N. "Targeted mutagenesis of Tsix leads to nonrandom X inactivation" // p Cell, 1999, V. 99, P. 47-57.
102. Lee J. Т., Davidow L. S. and Warshawsky D. "Tsix, a gene antisense to Xist at the X-inactivation centre" //Nat Genet, 1999, V. 21, P. 400-404.
103. Lee J. Т., Strauss W. M., Dausman J. A. and Jaenisch R. "A 450 kb transgene displays properties of the mammalian X-inactivation center" // Cell, 1996, V. 86, P. 83-94.
104. Lee J. Y. and Orr-Weaver T. L. "The molecular basis of sister-chromatid cohesion" // Annu Rev Cell Dev Biol, 2001, V. 17, P. 753-777.
105. Lewin В., Genes VI. Oxford University Press. 1997
106. Lewis P. J. and Errington J. "Direct evidence for active segregation of oriC regions of the j Bacillus subtilis chromosome and co-localization with the SpoOJ partitioning protein" //
107. Mol Microbiol, 1997, V. 25, P. 945-954.
108. Lieb J. D., Capowski E. E., Meneely P. and Meyer B. J. "DPY-26, a link between dosage ^ compensation and meiotic chromosome segregation in the nematode" // Science, 1996, V. | 274, P. 1732-1736.
109. Lieb J. D., Albrecht M. R., Chuang P. T. and Meyer B. J. "MIX-1: an essential component of the C. elegans mitotic machinery executes X chromosome dosage compensation" // Cell, 1998, V. 92, P. 265-277.
110. Losada A. and Hirano T. "Shaping the metaphase chromosome: coordination of cohesion and condensation" //Bioessays, 2001a, V. 23, P. 924-935.
111. Losada A. and Hirano T. "Intermolecular DNA interactions stimulated by the cohesincomplex in vitro: implications for sister chromatid cohesion" // Curr Biol, 2001b, V. 11, P. 268-272.
112. Losada A., Hirano M. and Hirano T. "Identification of Xenopus SMC protein complexes required for sister chromatid cohesion" // Genes Dev, 1998, V. 12, P. 1986-1997.
113. Losada A., Yokochi Т., Kobayashi R. and Hirano T. "Identification and characterization of SA/Scc3p subunits in the Xenopus and human cohesin complexes" // J Cell Biol, 2000, V. 150, P. 405-416.
114. Lowe J., Cordell S. C. and van den Ent F. "Crystal structure of the SMC head domain: an •f ABC ATPase with 900 residues antiparallel coiled-coil inserted" // J Mol Biol, 2001, V.306, P. 25-35.
115. Lupas A., Van Dyke M. and Stock J. "Predicting coiled coils from protein sequences" I I Science, 1991, V. 252, P. 1162-1164.
116. Lupo R., Breiling A., Bianchi M. E. and Orlando V. "Drosophila chromosome condensation proteins Topoisomerase II and Barren colocalize with Polycomb and maintain Fab-7 PRE silencing" // Mol Cell, 2001, V. 7, P. 127-136.
117. Lyon M. F. "X-chromosome inactivation. Pinpointing the centre news; comment." // Nature, 1996, V. 379, P. 116-117. :
118. Lyon M. F. "X-chromosome inactivation: a repeat hypothesis" // Cytogenet Cell Genet, 1998, V. 80, P. 133-137.
119. MacCallum D. E., Losada A., Kobayashi R. and Hirano T. "ISWI remodeling complexes in Xenopus egg extracts: identification as major chromosomal components that are regulated by INCENP-aurora B" // Mol Biol Cell, 2002, V. 13, P. 25-39.
120. Mayer M. L., Gygi S. P., Aebersold R. and Hieter P. "Identification of RFC(Ctfl8p, CtfBp, Dcclp): an alternative RFC complex required for sister chromatid cohesion in S. cerevisiae" // Mol Cell, 2001, V. 7, P. 959-970.
121. Megee P. C., Mistrot C., Guacci V. and Koshland D. "The centromeric sister chromatid cohesion site directs Mcdlp binding to adjacent sequences" // Mol Cell, 1999, V. 4, P. 445450.
122. Meller V. H. "Dosage compensation: making IX equal 2X" // Trends Cell Biol, 2000, V. 10, P. 54-59.
123. Mengiste Т., Revenkova E., Bechtold N. and Paszkowski J. "An SMC-like protein is required for efficient homologous recombination in Arabidopsis" // Embo J, 1999, V. 18, P. 4505-4512.
124. Mermoud J. E., Costanzi C., Pehrson J. R. and BrockdorfFN. "Histone macroH2A1.2 relocates to the inactive X chromosome after initiation and propagation of X-inactivation" //J Cell Biol, 1999, V. 147, P. 1399-1408.
125. Mouse Genome Sequensing Consortium (MGSC). "Initial sequencing and comparative analysis of the mouse genome"//Nature, 2002, V. 420, P. 520-562.
126. Michaelis C., Ciosk R. and Nasmyth K. "Cohesins: chromosomal proteins that prevent premature separation of sister chromatids" // Cell, 1997, V. 91, P. 35-45. j
127. Moriya S., Tsujikawa E., Hassan A. K., Asai K., Kodama T. and Ogasawara N. "A Bacillus subtilis gene-encoding protein homologous to eukaryotic SMC motor protein is necessary for chromosome partition" // Mol Microbiol, 1998, V. 29, P. 179-187.
128. Nasmyth K. "Disseminating the genome: joining, resolving, and separating sister chromatids during mitosis and meiosis" // Annu Rev Genet, 2001, V. 35, P. 673-745.
129. Nasmyth K. "Segregating sister genomes: the molecular biology of chromosome separation" // Science, 2002, V. 297, P. 559-565.
130. Nesterova Т. В., Duthie S. M., Mazurok N. A., Isaenko A. A., Rubtsova N. V., Zakian S. M. and Brockdorff N. "Comparative maPing of X chromosomes in vole species of the genus Microtus" // Chromosome Res, 1998, V. 6, P. 41-48.
131. Neuwald A. F. and Hirano T. "HEAT Repeats Associated with Condensins, Cohesins, and Other Complexes Involved in Chromosome-Related Functions" // Genome Res, 2000, V. 10, P. 1445-1452.
132. Panizza S., Tanaka Т., Hochwagen A., Eisenhaber F. and Nasmyth K. "Pds5 cooperates with cohesin in maintaining sister chromatid cohesion" // Curr Biol, 2000, V. 10, P. 15571564.
133. Panning В., Dausman J. and Jaenisch R. "X chromosome inactivation is mediated by Xist RNA stabilization" // Cell, 1997, V. 90, P. 907-916.
134. Park J. G. and Chapman V. M. "CpG island promoter region methylation patterns of the inactive-X- chromosome hypoxanthine phosphoribosyltransferase (Hprt) gene" // Mol Cell Biol, 1994, V. 14, P. 7975-7983.
135. Peterson C. L. "The SMC family: novel motor proteins for chromosome condensation? " // Cell, 1994, V. 79, P. 389-392.
136. Prieto I., Suja J. A., Pezzi N. Kremer L., Martinez A. C., Rufas J. S. and Barbero J. L. "Mammalian STAG3 is a cohesin specific to sister chromatid arms in meiosis I" // Nat Cell Biol, 2001, V. 3, P. 761-766.
137. Rattner J. B. "Integrating chromosome structure with function" // Chromosoma, 1992, V. 101, P. 259-264.
138. Revenkova E., Eijpe M., Heyting C., Gross B. and Jessberger R. "Novel meiosis-specific isoform of mammalian SMC1" //Mol Cell Biol, 2001, V. 21, P. 6984-6998.1
139. Sambrook J., Fritsch E.F., Maniatis T. Molecula cloning, a laboratory manual. Second edition. Cold Spring Harbor Laboratory Press. 1989
140. Saitoh N., Goldberg I. and Earnshaw W. C. "The SMC proteins and the coming of age of the chromosome scaffold hypothesis" // Bioessays, 1995, V. 17, P. 759-766.
141. Saitoh N., Goldberg I. G., Wood E. R. and Earnshaw W. C. "Sell: an abundant chromosome scaffold protein is a member of a family of putative ATPases with an unusual predicted tertiary structure" //J Cell Biol, 1994, V. 127, P. 303-318.
142. Schmiesing J. A., Ball A. R., Jr., Gregson H. C., Alderton J. M., Zhou S. and Yokomori K. "Identification of two distinct human SMC protein complexes involved in mitotic chromosome dynamics" // Proc Natl Acad Sci U S A, 1998, V. 95, P. 12906-12911.
143. Sharpe M. E. and Errington J. "Upheaval in the bacterial nucleoid. An active chromosome segregation mechanism" //Trends Genet, 1999, V. 15, P. 70-74.
144. Skibbens R. V., Corson L. В., Koshland D. and Hieter P. "Ctf7p is essential for sister chromatid cohesion and links mitotic chromosome structure to the DNA replication machinery" // Genes Dev, 1999, V. 13, P. 307-319.
145. Smit A. F. "The origin of interspersed repeats in the human genome" // Curr Opin Genet Dev, 1996, V. 6, P. 743-748.
146. Smit A. F., Toth G., Riggs A. D. and Jurka J. "Ancestral, mammalian-wide subfamilies of LINE-1 repetitive sequences" // J Mol Biol, 1995, V. 246, P. 401-417.
147. Steen R L., Cubizolles F., Le Guellec K. and Collas P. "A kinase-anchoring protein (AKAP)95 recruits human chromosome- associated protein (hCAP)-D2/Eg7 for chromosome condensation in mitotic extract" // J Cell Biol, 2000, V. 149, P. 531-536.
148. Steffensen S., Coelho P. A., Cobbe N., Vass S., Costa M., Hassan В., Prokopenko S. N., Bellen H., Heck M. M. and Sunkel С. E. "A role for Drosophila SMC4 in the resolution of sister chromatids in mitosis" // Curr Biol, 2001, V. 11, P. 295-307. ■
149. Strunnikov A. V. "SMC proteins and chromosome structure" // Trends Cell Biol, 1998, V. 8, P. 454-459.
150. Strunnikov A. V. and Jessberger R. "Structural maintenance of chromosomes (SMC) proteins: conserved molecular properties for multiple biological functions" // Eur J Biochem, 1999, V. 263, P. 6-13.
151. Strunnikov A. V., Larionov V. L. and Koshland D. "SMC1: an essential yeast gene encoding a putative head-rod-tail protein is required for nuclear division and defines a new ubiquitous protein family" // J Cell Biol, 1993, V. 123, P. 1635-1648.
152. Strunnikov A. V., Hogan E. and Koshland D. "SMC2, a Saccharomyces cerevisiae gene essential for chromosome segregation and condensation, defines a subgroup within the SMC family" // Genes Dev, 1995, V. 9, P. 587-599.
153. Stursberg S., Riwar B. and Jessberger R "Cloning and characterization of mammalian SMC1 and SMC3 genes and proteins, components of the DNA recombination complexes RC-l" // Gene, 1999, V. 228, P. 1-12.
154. Sultana R, Adler D. A., Edelhoff S., Carrel L., Lee К. H., Chapman V. C., Willard H. F. and Disteche С. M. "The mouse Sbl.8 gene located at the distal end of the X chromosome is subject to X inactivation" // Hum Mol Genet, 1995, V. 4, P. 257-263.
155. Sumara I., Vorlaufer E., Gieffers C., Peters В. H. and Peters J. M. "Characterization of vertebrate cohesin complexes and their regulation in prophase" // J Cell Biol, 2000, V. 151, P. 749-762.
156. Sumara I., Vorlaufer E., Stukenberg P. Т., Kelm O., Redemann N., Nigg E. A. and Peters J. M. "The dissociation of cohesin from chromosomes in prophase is regulated by Polo-like kinase" // Mol Cell, 2002, V. 9, P. 515-525.
157. Sutani T. and Yanagida M. "DNA renaturation activity of the SMC complex implicated in chromosome condensation" //Nature, 1997, V. 388, P. 798-801.
158. Sutani Т., Yuasa Т., Tomonaga Т., Dohmae N. Takio К. and Yanagida M. "Fission yeast condensin complex: essential roles of non-SMC subunits for condensation and Cdc2 phosphorylation of Cut3/SMC4" // Genes Dev, 1999, V. 13, P. 2271-2283.
159. Tanaka K., Hao Z., Kai M. and Okayama H. "Establishment and maintenance of sister chromatid cohesion in fission yeast by a unique mechanism" // Embo J, 2001, V. 20, P. 5779-5790.
160. Tanaka K., Yonekawa Т., Kawasaki Y., Kai M., Furuya K., Iwasaki M., Murakami H., Yanagida M. and Okayama H. "Fission yeast Esolp is required for establishing sister chromatid cohesion during S phase" // Mol Cell Biol, 2000, V. 20, P. 3459-3469.
161. Taylor E. M., Moghraby J. S., Lees J. H., Smit В., Moens P. B. and Lehmann A. R. "Characterization of a novel human SMC heterodimer homologous to the Schizosaccharomyces pombe Radl8/Sprl8 complex" // Mol Biol Cell, 2001, V. 12, P. 1583-1594.
162. Thompson,J.D., Gibson,T.J., Plewniak,F., Jeanmougin,F. and Higgins,D.G. "The ClustalX windows interface: flexible strategies for multiple sequence alignment aided by quality analysis tools" //Nucleic Acids Research, 1997 V. 24, P. 4876-4882.
163. Toth A., Ciosk R., Uhlmann F., Galova M., Schleiffer A. and Nasmyth K. "Yeast cohesin complex requires a conserved protein, Ecolp(Ctf7), to establish cohesion between sister chromatids during DNA replication" // Genes Dev, 1999, V. 13, P. 320-333.
164. Uhlmann F. "Chromosome condensation: packaging the genome" // Curr Biol, 2001, V. 11, P. R384-387.
165. Uhlmann F. and Nasmyth K. "Cohesion between sister chromatids must be established during DNA replication" // Curr Biol, 1998, V. 8, P. 1095-1101.
166. Verkade H. M., Bugg S. J., Lindsay H. D„ Carr A. M. and O'Connell M. J. "RadI8 is required for DNA repair and checkpoint responses in fission yeast" // Mol Biol Cell, 1999, V. 10, P. 2905-2918.
167. Waizenegger I. C., Hauf S., Meinke A. and Peters J. M. "Two distinct pathways remove mammalian cohesin from chromosome arms in prophase and from centromeres in anaphase" // Cell, 2000, V. 103, P. 399-410.
168. Wang Z., Castano I. В., De Las Penas A., Adams C. and Christman M. F. "Pol kaPa: A DNA polymerase required for sister chromatid cohesion" // Science, 2000, V. 289, P. 774779.
169. Watanabe Y. and Nurse P. "Cohesin Rec8 is required for reductional chromosome segregation at meiosis" // Nature, 1999, V. 400, P. 461-464.
170. Wood W. В., Streit A. and Li W. "Dosage compensation: X-repress yourself' // Curr Biol, 1997, V. 7, P. R227-230.
171. Yoshimura S. H., Hizume K., Murakami A., Sutani Т., Takeyasu K. and Yanagida M. "Condensin architecture and interaction with DNA: regulatory non-SMC subunits bind to the head of SMC heterodimer" // Curr Biol, 2002, V. 12, P. 508-513.
172. Zakian S.M., Kulbakina N.A., Meyer M.N. et al. Nonrandom inactivation of the X-chromosome in interspecific hybrid voles // Genet. Res. 1987. V.50. P.23-27.
173. Zakian S.M., Nesterova T.B., Cheryaukene O.V. et. al. Heterochromatin as a factor, affecting the inactivation of the X-chromosome in interspecific hybrid voles // Genet. Res. 1991. V.58. P. 105-110.
-
Павлова, Софья Викторовна
-
кандидата биологических наук
-
Новосибирск, 2003
-
ВАК 03.00.15
- Комплексный таксономический анализ в систематике грызунов на примере серых полевок (род Microtus) фауны СССР
- Таксономическое и генетическое разнообразие мелких млекопитающих Среднего Поволжья
- Сравнительный цитогенетический анализ четырех видов обыкновенных полевок рода
- Особенности экологии и биологии центральнокавказских популяций обыкновенной полевки (Microtus arvalis Pall.) в природных и экспериментальных условиях
- Вредоносность обыкновенной полевки Microtus arvalis pall. на озимой пшенице в степной зоне Северного Кавказа
