CC BY
98
генетика популяций и эволюция
УДК 575.22.89
интрон-содержащий транскрипт — эволюционно-консервативная особенность гЕнов-ортологов NXF1 (nuclear export factor)
© Л. А. Мамон, С. Ф. Кливер, А. О. Просовская, В. Р. Гинанова, Е.В. Голубкова
Санкт-Петербургский государственный университет
C Характерной особенностью генов nxf1 у животных, принадлежащих к разным таксонам, является существование альтернативного транскрипта с гомологичным интроном, названным кассетным. Выявленные особенности кассетных интронов сохраняются в пределах определенной таксономической группы животных. Наличие эволюционно консервных последовательностей интрона 10—11 в генах nxf1 у позвоночных и присутствие двух протяженных последовательностей поли(А) в интроне 5—6 генов nxf1 дрозофилид могут быть адаптивными. Обсуждается возможная функциональная значимость интрон-содержащих транскриптов генов nxf1.
C Ключевые слова: интрон-содер-жащие транскрипты; nuclear export factor 1; альтернативный сплайсинг; Drosophilidae; Vertebrata; интроны.
введение
Существование транскриптов с невырезанным гомологичным интроном является характерной особенностью генов nxfl (nuclear export factor) у разных организмов: человека — Hs nxf1 (Li et al., 2006), мыши — Mm nxf1 (Sasaki et al., 2005), Dm nxf1 дрозофилы (Ivankova et al., 2010). Ген nxf1 является наиболее древним в эволюционно консервативном семействе генов, получившем синонимичное название, и отвечает за транспорт всех типов мРНК из ядра в цитоплазму (Herold et al., 2000; 2003). Интрон, который может вырезаться или сохраняться в транскриптах генов nxf1, мы будем называть кассетным. В генах nxf1 позвоночных это интрон 10—11, а в генах nxf1 дрозофилид — интрон 5—6. Эволюционно консервативным является и окружение соответствующего кассетного интрона — перед ним находится экзон 110 п. н., а после него — экзон 37 п. н. Причем кассетный интрон разделяет экзоны не в соответствии с рамкой считывания. Нами показано, что у D.melanogaster ген Dm nxf1, исходно получивший название sbr (small bristles), имеет альтернативный транскрипт, содержащий кассетный интрон 5—6. В головах взрослых мух методом Нозерн-блот-гибри-дизации транскрипта с интроном идентифицируется больше, чем полностью сплайсированного транскрипта, что предполагает значимость транскрипта с невырезанным интроном именно в тканях головы (Ivankova et al., 2010).
Пытаясь ответить на вопрос о значении транскрипта генов nxf1 с невыре-занным интроном, мы поставили перед собой задачи определить:
1. Какие организмы в генах семейства nxfимеют интрон, разделивший экзо-ны в 110 и 37 п. н., и для каких генов nxf известен транскрипт, содержащий кассетный интрон.
2. Какие последовательности кассетного интрона являются эволюционно консервативными и, следовательно, могут быть функционально значимыми.
3. Какие особенности могут быть свойственны белку, который соответствует транскрипту с кассетным интроном, и отличают такой белок от известного полноразмерного белка NXF1.
изложение основного материала
Поступила в редакцию 24.05.2013 Принята к публикации 07.08.2013
Сохранение интрона в транскрипте — один из вариантов альтернативного сплайсинга
Большинство генов высших эукариотических организмов имеет мозаичную структуру и состоит из экзонов и интронов. При созревании транскрипта в ядре интроны, как правило, вырезаются в процессе сплайсинга (Вище et а1., 1999), и из ядра выходят транскрипты, не содержащие интронов. Альтернативный сплайсинг, использование альтернативных промоторов и альтернативных сайтов полиаденилирования транскриптов позволяет увеличить сложность протеома при том же числе генов, и в результате одному гену может соответствовать до нескольких тысяч разных белков (Graveley, 2001;
4
ГЕНЕТИКА ПОПУЛяЦИй И ЭВОЛЮЦИя
Maniatis, Tasic, 2002; Stamm et al., 2005). Оценка транс-криптома человека различными методами показала, что транскрипты около 90 % генов претерпевают альтернативный сплайсинг (Dehay, Kennedy, 2009; Mollet et al., 2010), а нарушение сплайсинга часто становится причиной заболевания (Blencowe, 2000; Black, 2003; Faustino, Cooper, 2003; Michael et al., 2005).
Среди альтернативных транскриптов особое место занимают те, которые сохраняют интрон (Kan et al., 2002; Matlin et al., 2005; Michael et al., 2005; Galante et al., 2004). Около 40 % генов человека имеют инт-рон-содержащие транскрипты (Mollet et al., 2010). Если количество транскриптов, сохранивших интрон, значительное, и появление таких транскриптов специфично, т. е. зависит от типа клеток или стимулируется какими-то воздействиями, можно предположить функциональную значимость транскриптов с интроном (Galante et al., 2004; Michael et al., 2005). Появление транскрип-тов, содержащих интрон, наблюдается при различных заболеваниях человека, в том числе раковых, являясь своеобразным биоиндикатором болезни (Michael et al., 2005). Известны примеры функциональной значимости особых белков, соответствующих интрон-содержащим транскриптам (Forrest et al., 2004; Michael et al., 2005). Например, у крысы гену Id3, вовлеченному в контроль клеточного цикла, соответствуют два транскрипта, один из которых (Id3a) содержит интрон (Forrest et al., 2004). Транскрипт, содержащий интрон, в норме не образуется, а появляется при повреждении сосуда. Интрон-содержа-щему транскрипту соответствует особый белок, который функционирует как ограничитель пролиферации, осуществляя регуляцию ответа на сосудистые повреждения по механизму «обратной петли» (Forrest et al., 2004).
Сохранение интрона может быть основным вариантом альтернативного сплайсинга, как это описано для гена tgif2 мыши (Melhuish, Wotton, 2006). Этот ген у мыши и человека кодирует репрессор транскрипции, содержащий гомеодомен — TGIF (Thymine Guanine Interacting Factor). У мыши только в 25—50 % случаев во всех тканях вырезается интрон, располагающийся в кодирующей части гена — внутри экзона 2. Вырезание интрона не изменяет рамку считывания, поэтому такому транскрипту соответствует белок на 39 аминокислот более короткий, чем тот, который соответствует транскрипту с сохраненным интроном. Оба белковых продукта у мыши являются функционально активными. Интересно, что у человека для ортологичного гена tgif2 вариант транскрипта с сохранением интрона является единственным (Melhuish, Wotton, 2006).
В большинстве случаев в интроне, сохраненном в транскрипте, присутствует преждевременный стоп-ко-дон, что приводит к прерыванию трансляции и появлению укороченного белка (Galante et al., 2004). Удаление интронов в результате сплайсинга предотвращает появление укороченных или измененных белков, часто вред-
ных для клетки (Nott et al., 2003). Существует механизм, называемый NMD — nonsense mediated mRNA decay, препятствующий выходу из ядра транскриптов, содержащих преждевременный стоп-кодон (Gonzalez et al., 2000; Lareau et al., 2004; Reznik, Lykke-Andersen, 2010). Такой контроль качества транскриптов подразумевает необходимость их трансляции в ядре, что является предметом дискуссии (David et al., 2012).
Транскрипты, содержащие преждевременный стоп-кодон, проходят проверку качества не только в ядре, но и в цитоплазме в период трансляции, подвергаясь деградации в цитоплазматической системе NMD (Wagner, Lykke-Andersen, 2002; Wilusz et al., 2001). Механизм деградации транскриптов в цитоплазме у дрожжей, дрозофилы и позвоночных различный (Gatfield et al., 2003; Gatfield, Izaurralde, 2004). У дрозофилы мРНК, содержащая преждевременный стоп-кодон, узнается системой NMD независимо от присутствия комплекса, сохраняющего взаимодействие с мРНК в местах произошедшего сплайсинга (EJC — exon-exon junction complex), что характерно для млекопитающих (Gatfield et al., 2003). У дрозофилы транскрипт, содержащий преждевременный стоп-кодон, расщепляется эндонуклеазой вблизи стоп-кодона, и каждый из образовавшихся фрагментов транскрипта подвергается деградации. При этом 5'-фрагмент деградирует путем экзонуклеотического переваривания с участием экзосомы, а фрагмент 3' расщепляется экзонуклеазой XRN1 (Gatfield, Izaurralde, 2004). Присутствие в цитоплазме транскриптов с невы-резанным интроном в ощутимых количествах предполагает их иммунность к NMD (Michael et al., 2005).
Сохранение кассетного интрона в транскриптах генов семейства nxf у разных организмов
Интрон между экзонами 110 и 37 п. н. присутствует не только в генах nxfl, но и в большинстве генов-па-ралогов этого семейства, имеющих интроны (табл. 1). Существование транскриптов, сохраняющих интрон, доказано для генов Mm nxf1 мыши (Sasaki et al, 2005), Hs nxf1 человека (Li et al., 2006) и Dm nxf1 дрозофилы (Ivankova et al., 2010) и можно предположить и для генов nxf1 других видов животных, поскольку в базах данных (FlyBase, Genbank, UCSC Genome) есть сведения об ESTs (express sequence tags), включающих части последовательностей кассетного интрона и смежного экзона (табл. 1). Транскрипты, включающие последовательность кассетного интрона, известны и для генов па-ралогов — Mm nxf7 и Hs nxf3.
Среди животных, для которых имеется информация о генах семейства nxf (FlyBase, Genbank, UCSC Genome), мы выявили 3 таксономические группы разного уровня, в каждой из которых кассетный интрон генов nxf1 имеет свои характерные черты.
1. Позвоночные — с кассетным интроном 10—11 в генах nxf1.
Таблица 1
Характеристика генов семейства nxf у разных животных: сведения об интроне, сохраняющемся в альтернативных транскриптах ряда генов этого семейства (в графе «Наличие транскрипта с интроном»: + есть данные о транскрипте с кассетным интроном;--отсутствие таких сведений; ? — транскрипты не известны). Источники информации: * Ivankova et al., 2010; ** Sasaki et al., 2005; *** Li et al., 2006, FlyBase, Genbank, UCSC Genome
Видовое название Ген семейства nxf Локализация гена или другие сведения Номер кассетного интрона Наличие транскрипта с интроном Размер интрона (в п.н.)
Caenorhabdites elegans Ce nxf1 5 6-7 + 106
Ce nxf2 5 Нет интрона
Caenorhabdites remanei Cr nxf1 ? 5-6 (?) ? 127
Caenorhabdites briggsae Cb nxf1 5 5-6 (?) ? 145
Trichinella spiralis Ts nxf1 ? 6-7 ? 185
Drosophila melano-gaster Dm nxf1 X 5-6 + * 1602
Dm nxf2 3L Нет интрона
Dm nxf3 3L Нет интрона
Dm nxf4 3R Нет интронов
Danio rerio Dr nxf 21 10-11 + 3995
Xenopus tropicalis Xt nxf1 ? 10-11 + 2596
Monodelphis domestica Md nxf1 5 10-11 ? 1500
Mus musculus Mm nxf1 19 10-11 + ** 1765
Mm nxf2 X 11-12 - 2699
Mm nxf3 X 8-9 - 1423
Mm nxf7 X 11-12 + 1434
Rattus norvegicus Rn nxf1 1 10-11 + 1762
Rn nxf3 X 8-9 - 1528
Rn nxf7 X 11-12 - 1424
Canis lupus famil-iaris Cl nxf1 18 10-11 ? 1797
Loxodonta africana La nxf1 ? 10-11 ? 1810
Bos taurus Bt nxf1 29 10-11 + 1810
Bt nxf3 X 9-10 - 569
Sus scrofa Ss nxf1 2 10-11 ? 1799
Callithrix jacchus Cj nxf1 11 10-11 ? 1828
Pan troglodytes Pt nxf1 ? 10-11 + 2010
Homo sapiens Hs nxf1 11 10-11 + *** 1801
Hs nxf2 X 12-13 - 1678
Hs nxf3 X 9-10 + 1642
Hs nxf4 X 9-10 - 1682
Hs nxf5 X 10-11 - 1672
В интроне 10—11 позвоночных путем выравнивания последовательностей кассетных интронов нами выявлено четыре участка протяженной гомологии (рис. 1): 1) 5'-концевая последовательность; 2) фрагмент, содержащий конститутивный транспортный элемент — СТЕ (constitutive transport element), характерный для ретровирусов (Li et al., 2006); 3) третий консервативный участок; 4) 3'-концевая последовательность (Mamon et al., в печати).
2. Дрозофилиды — с кассетным интроном 5—6 в генах nxfl, который соответствует интрону 10—11 в генах nxfl позвоночных, располагаясь между эволюционно консервативными экзонами в 110 н. п. и 37 н. п.
В кассетных интронах 5—6 генов nxf1 дрозофилид отсутствуют участки протяженной гомологии, характерные для кассетных интронов генов nxfl позвоночных. В то же время у кассетных интронов 5—6 генов
Я.sapiens intron 10-11
gtcagttgtagcctgtgtctcccctcctggggaccttcaccccctgggaggctgagctaatgcatcctgaccag [gcccgtctgcggagatgtgcagccctgagctggaaccacctgtectttgagagijatcgcgtgctccccacttt
ggtctgtctgtgtcttccagctttgtcctgagatgttctctcttctcttctgacttgactatctgtttgctggg tctgtggcctttctctttcttcctgaacacaaccttttctagaatctccctaccctgttgttccaggaaaggca tctcccctttctactctaaccagagggtatcttgtacataccctataga-ggggttgccttgtgccaagagcct ggtgtccatgggttgaggaagccctccctacctgggacttcctactgagatgggccttccctcctttgtactgt gatggcccctcttgcccttgcgccaagagggacccttttctcaggatccacttgcccagggctgttgctgtcca tgctgaggttgaggcctcctaggggctggtggcatgcaatctgtctctcttgcccagtgctatgagctgggcti; tccctgaagaagaaacctgggttccccaagatgtgaccagagctggggccccgccagcaggcgagggaatccca aggcaggtgctgggcgtggaggccacgggggcataggctaccaaggagacagagaactgaccccctcgggggcg ctgcctctccctcactcacacactgcacgtcaccctgtttggecccggtggatggct.ggttagccagagacg
taagattcctcagggaaggaacaacctaagacaggcacagtcgcagaggggccatcaggagagaacttgggggc
acagaggtggggcatggaccctcacccccacaatcctacaggggcctgaaccctcacaccttctgagggaggt
ctcctgcccccatggctgctttgcttcccacgcccagttcagatcgggacccaggtagcagacagagacctggc caacagcaagtgcccactcaccacagcaaggatttgtttctcatttctaccttggaccacagggatggggcagc tgaaagaaagggctgtgtcagggtgtctttctcccttttctccctcatttttctagatgcttttttgccttgta gttctttctctttttctttgctttctctttcctttttctgtctgtctcctatacctccccatctctcccttgcc cctgccccatcttgcctttttctctttttcctccttttcctttcttattcctttgcctctcctcttcctgagcc ccacctgctcatctccctgccccaacatcctgtgccatccctgtgg-gtgtttgggtcttggccaaagccaqac
ctggcagaactgatggatacctggtgaggcagcggagcccctgggctcccaccccattccctcctcccggggc
I
gcacaggtgagtaggtggaaggtaaggggggcagggaggggaaagaggtcctgggcttaaagcctgggcttgga
gtactgctccttgacactcagggtcaggcagagagaaaagagacagccttcaaggcagtccatgtctgggtgcc ccgggtcaggtggggagtgggggccatttttccctgagcacaggctgggagggagtggagggatgagcaggatg ggatgggctgtccctcgggtttggtatatttgctcctagagcagcccaggaggcacggtggetctgaagaatca ctcacttctgtcccgttcttgacag
D.melanogaster intron 5-6
gtatactatggtctgattcgttgatcttctaacttttctagtggatgctgccgcatattcgacgtgggatttgt cgcgtctggagttacagaggaattaggattaccacatttccattgttctgttgtctccattccttttctttgaa gcaaatgogctgcagaattggggaccaaggtcaggtgttgccttcgtccaaagtttaaagcagctgagcaggca aaggcatttgggaaatattttccttatcagctgtcttaaagccaggacagatcgtatgcagcggaatggatttt gggclagagcaaaaaaaaaaaaaagaagaaagaaaaaaaaagatttgaagttaaaaaaaaaaaagaaaaaaaaag aagaaaaaaaaagaaaaaaaagtacaagcaaaaaaggcccaagccaattgcag~aaactt~cgacgatgtggca acgctaaactaagaacgcaactgtacttttgacacacacacaccggcaccgttcgtacttccaattgagcaggc ggacgtgcagcagtcccaaagcgaatcacattaacgcattaacatcgacaaatataaattattttacgaataac aaataatccaccgaacccacccaccgcgcaccccgctacaacacacacacgggcgcacgcatgtagccactcca cgccagcgcacgcacgcatgcgcatgcgcatatgcagttgtgtacgtgccacatctaatgctgcgtgccctgtg cgcgccgttgcgccttgcattgtcgtgtcgccgcttgttgattttgcggtggttgccaagtagtggaggcagag tggagtgcataggctcaccattcgggtgcgcagcgtccagcaggaagcagaaacgactaccaagacgaaggaca caccactgactgactcacgtgctaaeggacattctgctggcgccagcggccggcgcgttgttttgccagtcgat tacaatttacaattagtattttcggctttgttgggcgcatgagccgcctgcggatgcgacgtgcttgaacatga cgagacgaacagaagttacacagcagtcagctttgaaagccactttttgcttgtggccactgaaagaaaaaaca
aaaaaaaaaaaatgaaaaaaaggaaaagaaaaaagtgttgataaaaaaaaaaaaacaaaaaatacaaaagaga
taccacaaaaaag^tgccccggcacaatgcactgctcaattgtacttttccgctgtacttttcacatcgaac
tattgaaggcacaacaatggccaagcacctagtgcctctgcctcttcagctgatcaaagctccgccaatttgtg tgtgagccggtcgagtaacggtgaagctatatcaaagatacaaacatatatactccgcgtgagaagaagaagga gtcacatctggccactgactaatctgcaattcctgcagcgcatacatcctaaacctccccccccccccaccaac gcacaaatttaaaaaaaaaacceccatttaattattatttctcgctatttaactcgcatatctatcatcgcctc cctgtgctaatgacaacaaaaatacggccgaatgtccactatttacag
C.elegans intron 6-7
g^taca^aScggaagga^^Scagattttttc-,tttaaa^gca^g^gttttccgcc^g^ccc|attttiit tatgttcittaaccccaaaccgaccacgtcag
Рис. 1. Характерные последовательности кассетного интрона генов nxf1 разных организмов. Примечание: серым цветом выделены: эволюционно консервативные последовательности в интроне 10-11 генов nxf1 позвоночных (Homo sapience) — 5'-конец интрона, CTE последовательность, третья консервативная последовательность, 3'-конец интрона; у D. melanogaster — две поли(А) последовательности; у C. elegans показано обогащение тимином. Жирным шрифтом отмечены стоп-кодоны в интроне
Таблица 2
Содержание нуклеотида Т (тимина) в кассетных интронах генов nxf1 у разных видов животных (FlyBase, Genbank, UCSC Genome)
Вид Размер интрона (н.) Содержание нуклеотида Т
число %
Caenorhabditis briggsae 145 69 47,6
Trichinella spiralis 185 82 44,3
Caenorhabditis remanei 127 56 44,1
Caenorhabditis elegans 106 50 47,2
Ciona intestinalis 261 97 37,1
Drosophila melanogaster 1602 358 22,3
Homo sapiens 1801 465 25,8
nxfl разных видов дрозофилы есть общие черты — это наличие двух протяженных последовательностей поли (А) (рис. 1).
В генах-паралогах nxf1 у D.melanogaster интрон, соответствующий кассетному, отсутствует. В гене Dm nxf2, имеющем интрон-экзонную структуру, экзон 147 н. не разделен интроном, ген Dm nxf4 интронов не содержит, а ген Dm nxf3 не имеет интронов в белок-кодирую-щей части (FlayBase, 2013).
3. Нематоды (Caenorhabditis и Trichinella spiralis) — с интроном 5—6 или 6—7 в генах nxf1.
Размер кассетного интрона у этой группы животных на порядок меньше по сравнению с размером соответствующего интрона в генах nxf1 у позвоночных и дрозофилид (табл. 1). В настоящий момент только для гена Ce nxf1 известен альтернативный транскрипт, сохраняющий последовательность кассетного интрона 6—7, а для остальных
А
Б \
,rV
Рис. 2. Вторичная структура универсального (А) и содержащего кассетный интрон 5—6 (Б) транскриптов гена Dm Ьг) Drosophila melanogaster. Примеча-
ние: стрелками указаны 5' и 3'- начало и конец транскрипта соответственно; S и Т — положение инициирующего и терминирующего кодона соответственно; I — граница 5-го и 6-го экзонов; к и 1е — начало и конец кассетного интрона, соответственно
нематод, в том числе паразитической Trichinella spiralis, данные отсутствуют (табл. 1). Выравнивание последовательностей соответствующих интронов генов nxfl нематод участков протяженной гомологии не обнаруживает. Однако между кассетными интронами генов nxf1 у нематод есть сходство, отличающее эту группу от других проанализированных нами таксономических групп животных — это повышенное содержание тимина (Т), что не свойственно кассетным интронам генов nxf1 других организмов, например дрозофилы (D. melanogaster) или человека (H. sapiens) (табл. 2).
Существование эволюционно консервативных последовательностей или характерных черт в кассетных интро-нах nxfl в пределах одной таксономической группы можно рассматривать как функционально значимые особенности интрона, причем такие особенности могли возникнуть независимо в разных таксонах. Важно понять, нужны ли они для появления специфической формы белка, соответствующей интрон-содержащему транскрипту, или эволю-ционно консервативные последовательности кассетного интрона имеют самостоятельные функции. Тогда какие?
Важной особенностью кассетного интрона в генах nxf1 позвоночных и дрозофилид является способность образовывать сложную вторичную структуру (Golubkova et al., 2012). Эта особенность может быть адаптивной и для интрон-содержащего транскрипта. Сравнивая вторичные структуры альтернативных транс-криптов генов nxf1 дрозофилы и человека (рис. 2 и 3), можно отметить, что присутствие интрона в транскрипте локально меняет его вторичную структуру, что само по себе неудивительно. Важно то, что характер вторичной структуры транскрипта может быть существенным для его пост-транскрипционной судьбы (Kozak, 2005; Wan et al., 2011).
Сравнение перечисленных групп животных по особенностям кассетного интрона генов nxf1 позволяет заключить, что более консервативным является наличие транскрипта, содержащего кассетный интрон, а не нук-леотидные последовательности самого интрона. Адаптивные свойства последовательностей интрона могут формироваться разными путями в различных таксоно-
Рис. 3. Вторичная структура универсального (А) и содержащего кассетный интрон 10—11 (Б) транскриптов гена Hs nxf1 Homo sapiens. Примечание: обозначения те же, что и на рисунке 2
мических группах организмов. Если предположить функциональную значимость транскрипта, сохраняющего интрон, то консервативные последовательности кассетного интрона могут обеспечивать защиту транскрипта от NMD или благоприятствовать ядерному экспорту интрон-содержащего транскрипта. Таким свойством обладает последовательность СТЕ, найденная в интронах 10—11 генов nxf1 у позвоночных (Li et al., 2006). Возможно, в интроне 5—6 в генах nxf1 у дрозофилид аналогичную функцию берут на себя протяженные последовательности поли (А). Для D. melanogaster показано, что последовательность поли (А), располагающаяся после стоп-кодона, повышает иммунность транскрипта к NMD в зависимости от расстояния между ними (Behm-Ansmant et al., 2007). Если расстояние между стоп-кодоном и пос-
Рис. 4. Доменная организация белков NXF1 Homo sapience. Примечание: RRM — RNA récognition motif; LLR — leucine-rich repeats; домен NTF2-like (nuclear transport factor 2-like); домен UBA — UBA-like (uniquitin-associated-like). А) полноразмерный белок; Б) укороченный белок, синтезируемый на основе транскрипта, содержащего кассетный интрон
ледовательностью поли (А) не превышает 397 н., это позволяет транскрипту избежать NMD (Behm-Ansmant et al., 2007; Hansen et al., 2009). Важно отметить, что в транскрипте гена Dm nxf1 , содержащем кассетный ин-трон, преждевременный стоп-кодон в интроне находится на расстоянии 289 н. от первой последовательности поли (А) в этом интроне. У пяти видов дрозофилы, геном которых секвенирован, между преждевременным стоп-кодоном в интроне 5—6 и первой протяженной последовательностью поли (А) расстояние больше 397 н., но не превышает 425 н. Отсутствие экспериментальных данных не дает оснований для однозначного ответа на вопрос о том, насколько первая последовательность поли (А) в интроне 5—6 гена nxf1 дрозофилид защищает транскрипт с интроном от деградации в цитоплазме.
Белок, соответствующий интрон-содержащему транскрипту, не может обеспечивать транспорт различных мРНК из ядра в цитоплазму, поскольку в нем нет доменов NTF2-like и UBA (рис. 4), обеспечивающих связь с нуклеопоринами, но может выполнять специализированные функции. Учитывая то, что у D. melanogaster транскрипт с интроном является мажорным в тканях головы взрослых насекомых, функции соответствующего белка могут быть важны для мозга и сенсорных органов.
Нитроны в генах эукариотических организмов
Кассетный интрон условно разделяет ген nxf1 на две функциональные половины — рецепторную, отвечающую за взаимодействие с РНК, и транспортную, позволяющую, взаимодействуя с другими белками, обеспечивать транспорт комплекса макромолекул через ядерные поры (рис. 4 А). Существование транскрипта с невырезанным интроном при определенных условиях может стать источником редуцированных белков, за счет наличия стоп-кодона в интроне. Известно, что в эволюции появление итронов позволило в значительной степени увеличить сложность протеома при незначительном увеличении числа генов (Nilsen, Graveley, 2010).
Исходя из представлений о происхождении генов в результате перетасовки функциональных элементов генома (Gilbert, 1978), интроны могли появиться в результате сохранения фланговых последовательностей. Этой точки зрения придерживаются сторонники теории раннего происхождения интронов («intron early»), предполагающие, что интроны возникли у общего предка про- и эукариотических организмов (Darnell, Doolittle, 1986; Gilbert, 1986).
В геномах многоклеточных часто встречаются гены, происхождение которых можно объяснить путем перетасовки экзонов (Patthy, 1999). Наличие интронов способствует альтернативному сплайсингу и транс-сплайсингу, внутригенной рекомбинации, дальнейшим перетасовкам функциональных центров при образовании новых генов (de Souza, 1996; Fedorova, Fedorov, 2003).
Интроны составляют около 95 % длины первичного транскрипта белок-кодирующих генов млекопитающих. Объясняя причину распространения некодиру-ющих белок последовательностей в пределах генов, кодирующих белки в геномах высших эукариот, Мэттик (Mattick, 1994) первым начал разрабатывать концепцию о функциональной значимости интонов. Проникнув в геном эукариот, интроны могли завоевать новое генетическое пространство благодаря адаптивным функциям, которые они привнесли в хозяйский геном. Весьма вероятно, что интроны, как и другие белок-некодирующие последовательности, являются носителями генетической информации, необходимой для взаимосвязанной и согласованной регуляции экспрессии разных генов (Mattick, 1994, 2001; Mattick, Gagen, 2001; Mattick, 2010).
Интроны как последовательности, не кодирующие белок, могли служить полигоном для встраивания мобильных генетических элементов, представляя собой мобильную составляющую генома. Этой концепции придерживаются сторонники «позднего происхождения интронов» («intron late»), связывающие появление сплайсосомных интронов, удаляемых сплайсингом из пре-мРНК, с возникновением эукариот (Cavalier-Smith, 1991; Mattick, 1994).
Существует мнение, что в основе происхождения интронов лежит и тот и другой механизм, а распространение интронов у высших эукариот вызвано тем, что вместе с интронами в геном пришли сигнальные последовательности, участвующие в регуляции генной экспрессии (обзор Fedorova, Fedorov, 2003).
Интроны, как правило, не попадают в зрелый транскрипт, они служат регуляторами транскрипции, а, будучи вырезанными, часто являются источником некодирую-щих РНК, также участвующих в регуляции экспрессии генов (Mattick, 1994; 2009; Mattick, Gagen, 2001). Сохраняясь в транскрипте, интроны при наличии соответствующих маркерных последовательностей, могут участвовать в пост-транскрипционной регуляции экспрессии гена, влияя на транспорт транскрипта из ядра в цитоплазму, обеспечивая его стабильность и местоположение, а также эффективность трансляции.
Особенности кассетного интрона в генах nxfl
Если последовательности, которые содержит интрон, имеют адаптивное значение, они, как правило, эволюцион-но консервативны. Поиск участков протяженной гомологии в пределах кассетных интронов разных групп животных показал, что такие последовательности существуют как в кассетных интронах генов nxfl позвоночных, так и в кассетных интронах генов nxfl дрозофилид. Эти последовательности не обнаруживают структурного сходства, но позволяют проследить определенные функциональные аналогии.
Характерной особенностью кассетного интрона 10—11 в генах nxfl позвоночных является присутствие протяженных гомологичных последовательностей,
одна из которых содержит CTE (constitutive transport element). Известно, что последовательность СТЕ непосредственно взаимодействует с фактором ядерного экспорта мРНК — Tap (Hs NXF1) (Grüter et al., 1998; Braun et al., 1999; Bachi et al., 2000). Поскольку в норме происходит ограничение ядерного экспорта и экспрессии мРНК, содержащих интроны (Coyle et al., 2003), необходимо, чтобы интрон-содержащие транскрипты преодолевали систему проверки качества в ядре. Этому способствует последовательность СТЕ, позволяющая транскриптам, содержащим интроны, беспрепятственно выходить из ядра, используя транспортную систему NXF1 (Guzik et al., 2001).
Если учесть, что NXF1 обеспечивает ядерно-цитоп-лазматический транспорт мРНК, содержащих поли (А) (Herold et al., 2003), тогда присутствие последовательностей поли (А) в составе интрона 5—6 в гене nxfl у дро-зофилид может благоприятствовать экспорту из ядра транскрипта, сохранившего подобный интрон. Другая возможность — это приобретение интроном последовательностей, которые бы позволяли воспринимать стоп-кодон, расположенный в начале интрона, как канонический, а не преждевременный. Последовательность поли (А) создает позиционную информацию, необходимую для того, чтобы различить канонический и преждевременный стоп-кодоны у дрозофилы (Gatfield et al., 2003). Высокое содержание транскрипта гена Dm nxfl с интроном 5—6 в головах взрослых особей дрозофилы свидетельствует о том, что такие транскрипты иммунны к NMD (Ivankova et al., 2010).
Таким образом, и в кассетном интроне 10—11 у позвоночных и в кассетном интроне 5—6 у дрозофилид существуют последовательности, которые могут объяснить присутствие интрон-содержащего транскрипта гена nxfl в количестве, сравнимом с содержанием универсального транскрипта и даже превышающем его, например у D. melanogaster (Herold et al., 2001; Sasaki et al., 2005; Ivankova et al., 2010). Важно понять функциональную значимость таких транскриптов. Существуют ли они потому, что соответствующая им редуцированная форма белка NXF1 выполняет какие-то важные специализированные функции, отличные от функций полноразмерного белка.
Особенности белка, который соответствует транскрипту, содержащему кассетный интрон гена nxfl у разных организмов
В настоящий момент существование редуцированного белка, соответствующего транскрипту гена nxfl , содержащего кассетный интрон, показано только для человека (Li et al., 2006).
Белок, который является результатом трансляции транскрипта, сохранившего интрон, лишен доменов NTF2-like и UBA-like (рис. 4 Б). Функции белка, соответствующего интрон-содержащему транскрипту у че-
ловека, остаются неисследованными. У человека укороченный белок NXF1 на С-конце содержит семнадцать аминокислот, транслируемых с использованием последовательности интрона 10—11 до первого стоп-кодона в этом интроне (Li et al., 2006). Эволюционный консерватизм этой С-концевой последовательности свидетельствует в пользу предположения о функциональной значимости редуцированной формы белка, соответствующей интрон-содержащему транскрипту гена nxfl позвоночных.
Можно предположить, что и у D.melanogaster существует укороченный белок, соответствующий интрон-содержащему транскрипту гена Dm nxfl. Поскольку транскрипт с интроном в головах взрослых особей дрозофилы является мажорным и в количественном отношении превосходит полностью сплайсированный транскрипт, мы назвали транскрипт, содержащий кассетный интрон, нейроспецифичным (Ivankova et al., 2010). Интрон-со-держащий транскрипт не выявлен методом Нозерн-блот-гибридизаци в семенниках D. melanogaster. Наши исследования направлены на то, чтобы выяснить, есть ли у дрозофилы специфичные альтернативные формы белка Dm NXF1, соответствующие альтернативным транскриптам гена Dm nxfl , и какие функции они выполняют.
Альтернативные транскрипты гена Dm nxfl как источник появления специализированных функций этого гена
Ген Dm nxfl у дрозофилы отличается от ортологич-ных генов позвоночных, включая человека, большим разнообразием органо-специфичных транскриптов (Ivankova et al., 2010). Поскольку известны мутанты гена Dm nxfl (sbr) с доминантными аллеле-специфичными нарушениями мужской фертильности, поведения и двигательной активности (FlyBase, 2013), можно предположить, что в основе полифункциональности гена Dm nxfl (sbr) лежит полиморфизм его продуктов. Кроме нейро-специфичного транскрипта, как показано нами, гену Dm nxfl (sbr) соответствуют и семенниково-специфичные транскрипты (Ivankova et al., 2010). Весьма вероятно, что у человека и других млекопитающих специализация генов семейства nxf происходила за счет появления генов паралогов, экспрессирующихся только или преимущественно в семенниках или мозге (Herold et al., 2000; Sasaki et al., 2005). Так, экспрессия гена Hs nxf5, принадлежащего к эволюционно консервативному семейству генов nxf, наблюдается преимущественно в мозге, а мутации этого гена приводят у человека к расстройству ментальной сферы (Jun et al., 2001; Frints et al., 2003; Grillo et al., 2010). Специализация продуктов генов за счет существования альтернативных вариантов сплайсинга, в том числе и интрон-содержащих транскриптов, альтернативных сайтов полиаденилирования и альтернативных промоторов, изменяющих не только кодирующую, но и некодирующую часть транскриптов.
Это позволяет расширить функциональные возможности гена, как за счет разнообразия белковых продуктов, так и за счет некодирующих последовательностей, часто маркирующих характер дифференциации или состояния организма.
Некодирующие белок последовательности в транскрипте играют существенную роль в биогенезе мРНК, регулируя их транспорт, время жизни, возможность сохранения транскрипта в нетранслируемом состоянии в течение продолжительного периода и разрешение трансляции при получении определенного сигнала, неслучайное накопление транскрипта в определенном месте клетки (Martin, Ephrussi, 2009; Pesole et al., 2001). Все эти свойства транскрипта важны особенно тогда, когда существует временный запрет транскрипции, например, на определенных этапах гаметогенеза, нейрогенеза или эмбриогенеза (Bashirullah et al., 1998; Lipshitz, Smibert, 2000; Besse, Ephrussi, 2008; Meignin, Davis, 2010). В этих случаях приоритетной становится регуляция экспрессии генов на уровне трансляции. Присутствие в транскриптах маркерных последовательностей и особенности вторичной структуры транскрипта обеспечивают взаимодействие с белками, делающими трансляцию временно недоступной. Полученные нами ранее данные свидетельствуют о возможной регуляции экспрессии гена Dm nxfl на уровне трансляции в раннем эмбриогенезе D. melanogaster в отсутствии транскрипции (Ivankova et al., 2010; Golubkova, Mamon, 2010), что свидетельствует о существовании специализированных функций этого гена, не связанных с транспортом различных мРНК из ядра в цитоплазму.
Существование альтернативных транскриптов гена Dm nxfl, специфичных для семенников и голов взрослых особей D. melanogaster, согласуется с тем, что именно для клеток нервной системы и семенников характерно наибольшее разнообразие транскриптов (Boutz et al., 2007; Dehay, Kennedy, 2009; Grosso et al., 2008). Нейроны, имеющие длинные отростки, используют механизм локализованной трансляции долгоживущих мРНК в ответ на поступающие сигналы в процессе формирования синаптических контактов (Huang et al., 2003; Krichevsky, Kosik, 2001; Kosik, Krichevsky, 2002; Richter, Lorenz, 2002). Рост нервных клеток также обеспечивается локальной трансляцией мРНК в аксонах и ростовых конусах (Jung, Holt, 2011). В то же время и спермио-генез — процесс формирования зрелого сперматозоида из округлых сперматид — длящийся несколько дней и включающий такие процессы, как удлинение сперматид, изменение структуры хроматина, формирование аксоне-мы, акросомы, морфогенез митохондриальных производных, осуществляется благодаря регуляции экспрессии генов на уровне трансляции (White-Cooper, 2010). Учитывая эволюционный консерватизм семейства генов nxf и принимая во внимание доминантный характер проявления мутантных аллелей гена Dm nxfl, изучение функции гена Dm nxfl (sbr) в нервной системе и семенниках
у D. melanogaster позволяет использовать преимущества модельного объекта в изучении механизмов генетического контроля нейрологических нарушений и мужской стерильности.
заключение
Характерной особенностью генов nxfl у животных, принадлежащих к разным таксонам, является образование альтернативного транскрипта с интроном, названным кассетным. В пределах кассетных интронов генов nxf1 представителей разных таксономических групп (позвоночные, нематоды и дрозофилиды) выявлены особенности, включая эволюционно консервативные последовательности, характерные для каждой из названных групп. Эволюционный консерватизм последовательностей кассетного ин-трона позволяет предположить их адаптивное значение, а относительно высокое содержание транскриптов, сохранивших интрон, среди альтернативных транскриптов генов nxf1 предполагает их функциональную значимость. Возможно, последовательности интрона позволяют регулировать сохранение, локализацию в клетке и трансляцию интрон-содержащего транскрипта, который может быть источником особой формы белка NXF1, выполняющей специализированные функции.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проекты 09-04-00697 и 12-04-00934); Программы Роснаука (НШ-6455.2010.4 и НШ-5345.2012.4); Федеральной Целевой Программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (02.740.11.0698).
литература [references (transliterated)]
1. Bachi A., Braun I. C., Rodrigues J. P. et al., 2000. The C-terminal domain of TAP interacts with the nuclear pore complex and promotes export of specific CTE-bearing RNA substrates // RNA. Vol. 6. P. 136-158.
2. Bashirullah A., Cooperstock R. L., Lipshitz H. D., 1998. RNA localization in development // Annu. Rev. Biochem. Vol. 67. P. 335-394.
3. Behm-Ansmant I., GatfieldD, Rehwinkel J. et al., 2007. A conserved role for cytoplasmic poly (A)-binding protein 1 (PABPC1) in nonsense-mediated mRNA // EMBO J. Vol. 26. P. 1-11.
4. Besse F, Ephrussi A., 2008. Translational control of localized mRNAs: restricting protein synthesis in space and time // Nature Rev. Vol. 9. P. 971-980.
5. Black D.L., Grabowski P. J., 2003. Alternative pre-mRNA splicing and neuronal function. // Prog. Mol. Subcell Biol. Vol. 31. P. 187-216.
6. Blencowe B. J., 2000. Exonic splicing enhancers: mechanism of action, diversity and role in human disease // Trends Biochem. Sci. Vol. 25. P. 106-110.
7. Boutz P.L., Stoilov P., Li Q. et al., 2007. A post-tran-scriptional regulatory switch in polypyrimidine tract-binding proteins reprograms alternative splicing in developing neurons // Genes Develop. Vol. 21. P 1636—1652.
8. Braun I. C., Rohrbach E., Schmitt C., Izaurralde E., 1999. TAP binds to the constitutive transport element (CNE) through a novel RNA binding motif that is sufficient to promote CTE-dependent RNA export from the nucleus // EMBO J. Vol. 18. P. 1953-1965.
9. Burge C.B., Tuschl T., Sharp P. A., 1999. Splicing of precursors of mRNAs by the spliceosomes. The RNA World / Eds. Gesteland R. F. et al. Cold Spring Harbor Lab. Press. Cold Spring Harbor., NY. P. 525-560.
10. Cavalier-Smith T, 1991. Intron phylogeny: a new hypothesis // Trends Genet. Vol. 7. P. 145-148.
11. Coyle J.H, Guzik B. W.,Bor Y.-C. et al., 2003. Sam68 enhances the cytoplasmic utilization of intron-containing RNA and is functionally regulated by the nuclear kinase Sik/BRK // Mol. Cell Biol. Vol. 23. P 92-103.
12. Darnell J. E., Doolittle W. F., 1986. Speculations on the early course of evolution // Proc. natl. acad. sci. USA. Vol. 83. P. 1271-1275.
13. David A., Dolan B. P., Hickman H.D. et al., 2012. Nuclear translation visualized by ribosome-bound nascent chain puromycylation // J. Cell. Biol. Vol. 197. P 45-57.
14. Dehay C., Kennedy H., 2009. Transcriptional regulation and alternative splicing make for better brains // Neuron. Vol. 62. P. 455-457.
15. De SouzaS. J., LongM., SchoenbachL. et al., 1996. Intron positions correlate with module boundaries in ancient proteins // Proc. natl. acad. sci. USA. Vol. 93. P. 14 632-14 636.
16. Faustino N. A., Cooper T. A., 2003. Pre-mRNA splicing and human disease // Genes Dev. Vol. 17. P. 419-437.
17. Fedorova L., Fedorov A., 2003. Introns in gene evolution // Genetica. Vol. 118. P. 123-131.
18. Forrest S. T., Barringhaus K. G., Perlegas D, 2004. In-tron retention generates a novel Id3 isoform that inhibits vascular lesion formation // J. Biol. Chem. Vol. 279. P. 32 897-32 903.
19. FrintsS.G., JunL., FrynsJ.P. et al., 2003. Inv (X) (p21.1; q22.1) in a man with mental retardation, short stature, general muscle wasting, and facial dysmorphism: clinical study and mutation analysis of the NXF5 gene // Amer J Med Genet. Part A. Vol. 119. P. 367-374.
20. Galante P.A., Sakabe N. J., Kirschbaum-Slager N., de Souza S. J., 2004. Detection and evaluation of in-tron retention events in the human transcriptome // RNA. Vol. 10. P. 757-765.
21. GatfieldD., UnterholznerL., Ciccarelli F.D. et al., 2003. Nonsense-mediated mRNA decay in Drosophila: at the intersection of the yeast and mammalian pathways // EMBO J. Vol. 22. P. 3960-3970.
22. Gatfield D., Izaurralde E., 2004. Nonsense-mediated messenger RNA decay is initiated by endonu-
12
ГЕНЕТИКА популяций и ЭВОЛЮЦИЯ
cleolytic cleavage in Drosophila // Nature. Vol. 429. P. 575-578.
23. Gilbert W, 1986. Origin of life: The RNA world // Nature. Vol. 319. P. 618.
24. Gilbert W., 1978. Why genes in pieces? // Nature Vol. 271. P. 501.
25. Gonzalez C. I., Ruiz-Echevarria M. J., Vasudevan S. et al., 2000. The yeast hnRNP-like protein Hrp1 / Nab4 marks a transcript for nonsense-mediated mRNA decay // Mol. Cell. Vol. 5. P. 489-499.
26. Golubkova E. V., Mamon L. A., 2010. The Role of Dm NXF1 in Controlling Early Embryonic Mitoses in Drosophila melanogaster // Cell Division: Theory, Variants, and Degradation/Eds. Y. N. Golitsin and M. C. Krylov, Nova Science Publishers, Inc. P. 127-132.
27. Golubkova E, Mamon L, Nikulina A. et al., 2012. The evolutionarily conserved family of nuclear export factor (NXF) in Drosophila melanogaster // Drosophila Melanogaster: Life Cycle, Genetics and Development / Ed. M. Spindler-Barth. Nova Science Publishers, Inc. P. 63-82.
28. GraveleyB.R, 2001. Alternative splicing: increasing diversity in the proteomic world // Trends Genet. Vol. 17. P. 100-107.
29. GrilloL, Reitano S, Belfiore G. et al., 2010. Familial 1.1 Mb deletion in chromosome Xq22.1 associated with mental retardation and behavioural disorders in female patients // Europ. J. Med. Genet. Vol. 53. P. 113-116.
30. Grosso A.R, Gomes A. Q., Barbosa-Morais N. L. et al., 2008. Tissue-specific splicing factor gene expression signatures // Nucleic Acids Res. Vol. 36. P 4823-4832.
31. GrüterP, Tabemero C, vonKobbe C. et al., 1998. TAP, human homolog of Mex67p, mediates CTE-dependent RNA export from the nucleus // Mol. Cell. Vol. 1. P 649 -659.
32. Guzik B. W., Levesque L, Prasad S. et al., 2001. NTF1 (p15) is a crucial cellular cofactor in TAP-dependent export of intron-containing RNA in mammalian cells // Mol. Cell. Biol. Vol. 21. P. 2545-2554.
33. Hansen K.D, LareauL.F., Blanchette M. et al., 2009. Genome-wide identification of alternative splice forms down-regulated by nonsense-mediated mRNA decay in Drosophila // PLoS Genetics. Vol. 5. e1000525.
34. Herold A., Klymenko T, Izaurralde E, 2001. NXF1/ p15 heterodimers are essential for mRNA nuclear export in Drosophila // RNA. Vol. 7. P. 1768-1780.
35. Herold A., Suyama M., Rodrigues J. P. et al., 2000. TAP (NXF1) Belongs to a Multigene Family of Putative RNA Export Factors with a Conserved Modular Architecture // Mol. Cell Biol. Vol. 20. P. 8996-9008.
36. Herold A., Teixeira L., Izaurralde E., 2003. Genome-wide analysis of nuclear mRNA export pathways in Drosophila // EMBO J. Vol. 22. P. 2472-2483.
37. Huang Y.-S., Carson J. H., Barbarese E., Richter J. D., 2003. Facilitation of dendritic mRNA transport by CPEB // Gene & Development. Vol. 17. P. 638-653.
38. IvankovaN, TretyakovaI.,Lyozin G. et al., 2010. Alternative transcripts expressed by small bristles, the Drosophila melanogaster nxfl gene // Gene. Vol. 458. P 11-19.
39. Jun L., Frints S., Duhamel H. et al., 2001. NXF5, a novel member of the nuclear RNA export factor family, is lost in a male patient with a syndromic form of mental retardation // Curr. Biol. Vol. 11. P 1381-1391.
40. Kan Z, States D, Gish W., 2002. Selecting for functional alternative splices in ESTs // Genome Res. Vol. 12. P. 1837-1845.
41. Kosik K. S, Krichevsky A. M, 2002. The message and the messenger: delivering RNA in neurons // Sci. STKE. Vol. 126. P. 1-4.
42. Kozak M., 2005. Regulation of translation via mRNA structure in prokaryotes and eukaryotes // Gene. Vol. 361. P. 13-37.
43. Krichevsky A. M, Kosik K. S, 2001. Neuronal RNA granules: a link between RNA localization and stimulation-dependent translation // Neuron. Vol. 32. P 683-696.
44. Lareau L. F.,Green R. E.,Bhatnagar R. S.,Brenner S. E, 2004. The evolving roles of alternative splicing // Curr. Opin. Struct. Biol. Vol. 14. P. 273-282.
45. Li Y, Bor Y.-C, Misawa Y. et al., 2006. An intron with a constitutive transport element is retained in a Tap messenger RNA // Nature. Vol. 443. P. 234-237.
46. Lipshitz H.D, Smibert C.A., 2000. Mechanisms of RNA localization and translational regulation // Curr. Opin. Genet. Devel. Vol. 10. P. 476-488.
47. Melhuish T. A., Wotton D, 2006. The Tgif2 gene contains a retained intron within the coding sequence. BMC Mol. Biol. Vol. 7:2.
48. Maniatis T, Tasic B, 2002. Alternative pre-mRNA splicing and proteome expantion in metazoans // Nature. Vol. 418. P. 236-243.
49. Martin K. C, Ephrussi A., 2009. mRNA localization: gene expression in the spatial dimension // Cell. Vol. 136. P. 719-730.
50. Matlin A. J., Clark F., Smith C. W., 2005. Understanding alternative splicing: towards a cellular code // Nat. Rev. Mol. Cell. Biol. Vol. 6. P. 386-398.
51. Mattick J. S, 1994. Introns: evolution and function // Curr. Opin. Genet. Dev. Vol. 4. P. 823-831.
52. Mattick J. S, 2001. Non-coding RNAs: the architects of eukaryotic complexity // EMBO reports. Vol. 21. P. 986-991.
53. Mattick J. S, Gagen M. J., 2001. The evolution of controlled multitasked gene networks: the role of introns and other noncoding RNAs in development of complex organisms // Mol. Biol. Evol. Vol. 18. P. 1611-1630.
54. Mattick J. S, 2010. RNA as the substrate for epigenome-environment interactions // Bioessays. Vol. 32. P. 548-552.
55. Meignin C, Davis I., 2010. Transmitting the message: intracellular mRNA localization // Curr. Opin. Cell Biol. Vol. 22. P. 112-119.
56. Michael I. P., KurlenderL, Memari N. et al., 2005. Intron retention: a common splicing event within the human kallikrein gene family // Clinical Chemistry. Vol. 51. P. 506-515.
57. Mollet I. G, Ben-Dov C, Felicio-Silva D. et al., 2010. Inconstrained mining of transcript data reveals increased alternative splicing complexity in the human transcriptome // Nucl. Acid Res. Vol. 38. P. 1-15.
58. Nilsen T. W., Graveley B. R, 2010. Expansion of the eukaryotic proteome by alternative splicing // Nature. Vol. 463. P. 457-463.
59. Nott A., Meislin S.H, Moore M. J., 2003. A quantitative analysis of intron effects on mammalian gene expression // RNA. Vol. 9. P. 607-617.
60. Patthy L, 1999. Genome evolution and the evolution of exon-shuffling — a review // Gene. Vol. 238. P. 103-114.
61. Pesole G, Mignone F., Gissi C. et al., 2001. Structural and functional features of eukaryotic mRNA untranslated regions // Gene. Vol. 276. P. 73-81.
62. Reznik B, Lykke-Andersen J., 2010. Regulated and quality-control mRNA turnover pathways in eukary-otes // Biochem. Soc. Transact. Vol. 38. P 1506-1510.
63. Richter J. D., Lorenz L. J., 2002. Selective translation of mRNAs at synapses // Curr. Opin. Neurobiol. Vol. 12. P. 300-304.
64. Sasaki M, Takeda E, Takano K, 2005. Molecular cloning and functional characterization of mouse Nxf family gene products // Genomics. Vol. 85. P. 641-653.
65. Stamm S, Ben-Ari S, Rafalska I. et al., 2005. Function of alternative splicing // Gene Vol. 344. P. 1-20.
66. Wagner E, Lykke-Andersen J., 2002. mRNA surveillance: the perfect persist // J. Cell Sci. Vol. 115. P. 3033-3038.
C Информация об авторах
Мамон Людмила Андреевна — д. б. н., профессор. Кафедра генетики и биотехнологии. Санкт-Петербургский государственный университет. 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., д. 7/9. E-mail: [email protected].
Кливер Сергей Федорович — студент (б/с). Кафедра генетики и биотехнологии. Санкт-Петербургский государственный университет. 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., д. 7/9. E-mail: [email protected].
Просовская Анна Олеговна — аспирант, м.н.с. (б/с). Кафедра генетики и биотехнологии. Санкт-Петербургский государственный университет. 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., д. 7/9. E-mail: [email protected].
Гинанова Виктория Ринатовна — студент (б/с). Кафедра генетики и биотехнологии. Санкт-Петербургский государственный университет. 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., д. 7/9. E-mail: [email protected].
Голубкова Елена Валерьевна — к. б. н., с.н.с. Кафедра генетики и биотехнологии. Санкт-Петербургский государственный университет. 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., д. 7/9. E-mail: [email protected].
67. Wan Y, Kertesz M, Spitale R. C. et al., 2011. Understanding the transcriptome through RNA structure // Natural Rev. Genetics. Vol. 12. P. 641-655.
68. White-CooperH, 2010. Molecular mechanisms of gene regulation during Drosophila stermatogenesis // Reproduction. Vol. 139. P. 11-21.
69. Wilusz C. J., Wilusz J., 2004. Bringing the role of mRNA decay in the control of gene expression into focus // Trends Genet. Vol. 20. P. 491-497.
THE INTRON-CONTAINING TRANSCRIPT: AN EVOLUTIONARILY CONSERVED CHARACTERISTIC OF GENES ORTHOLOGOUS TO NXF1 (NUCLEAR EXPORT FACTOR 1)
Mamon L. A., Kliver S. F., Prosovskaya A. O., Ginanova V. R., Golubkova Ye. V.
C SUMMARY: Background. The function of nxfl (Nuclear eXport Factor 1) gene is the nuclear-cytoplasmic transport of most mRNAs. A characteristic feature of nxfl genes in animals belonging to different taxonomic groups is the existence of an alternative transcript with a homologous intron called a cassette intron. Materials and methods. The following databases were used: Genbank (http://www.ncbi. nlm.nih.gov/); Flybase (http://flybase.org/); UCSC Genome (http:// genome.ucsc.edu). To build the secondary structures of nucleotide sequences we used the UNAFold v3.8 suite (http://mfold.rna.albany. edu/). Results. The existence of evolutionarily conserved sequences of intron 10-11 in nxfl genes in vertebrates, and the presence of two poly(A) sequences of intron 5-6 in nxfl genes of Drosophilidae, may be adaptive. The nxfl cassette introns form characteristic secondary structures. Conclusion. The paper discusses the possible functional significance of the intron-retaining transcripts of nxfl genes.
C KEY WORDS: intron-containing transcripts; nuclear export factor 1; alternative splicing; Drosophilidae; Vertebrata; introns.
Mamon Lyudmila Andreevna — Doctor of Biological Sciences, Professor. Deptartament of Genetics and Biotechnology. Saint-Petersburg State University. 199034, Saint-Petersburg, Universitetskaya nab., 7/9. Russia. E-mail: [email protected].
Kliver Sergey Fyedorovich — student. Deptartament of Genetics and Biotechnology. Saint-Petersburg State University. 199034, Saint-Petersburg, Universitetskaya nab., 7/9. Russia. E-mail: [email protected].
Prosovskaya Anna Olegovna — PhD student. Deptartament of Genetics and Biotechnology. Saint-Petersburg State University. 199034, Saint-Petersburg, Universitetskaya nab., 7/9. Russia. E-mail: [email protected].
Ginanova Victoria Rinatovna — student. Deptartament of Genetics and Biotechnology. Saint-Petersburg State University. 199034, Saint-Petersburg, Universitetskaya nab., 7/9. Russia. E-mail: [email protected].
Golubkova Yelena Valeryevna — PhD. Deptartament of Genetics and Biotechnology. Saint-Petersburg State University. 199034, Saint-Petersburg, Universitetskaya nab., 7/9. Russia. E-mail: [email protected].
