Аннотации статей. Том 54, 2018 г., № 8
РОЛЬ НЕКОДИРУЮЩИХ ИЗОФОРМ мРНК БЕЛОК-КОДИРУЮЩИХ ГЕНОВ В РЕГУЛЯЦИИ ГЕННОЙ ЭКСПРЕССИИ
1 Нижегородский научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии им. акад. И.Н. Блохиной, Нижний Новгород 603950; e-mail: filatova@nniiem.ru
2 Нижегородская государственная медицинская академия, Нижний Новгород 603950
Большинство белок-кодирующих генов млекопитающих и человека подвергаются альтернативному сплайсингу с образованием изоформ мРНК. 30–45% образующихся изоформ мРНК относятся к особому классу бифункциональных молекул – “кодирующих–некодирующих РНК”. Одно из возможных объяснений наличия такого большого количества непродуктивных мРНК состоит в том, что эти молекулы участвуют в реализации базовых процессов регуляции экспрессии генов. В данном обзоре рассмотрена концепция регулируемого непродуктивного сплайсинга, предполагающая тесную взаимосвязь между процессами альтернативного сплайсинга, образованием некодирующих изоформ мРНК и их последующей деградации, что определяет долю продуктивных транскриптов мРНК гена и уровень его экспрессии в клетке. Изложены современные представления о некодирующих изоформах мРНК белок-кодирующих генов и их роли в регуляции экспрессии генов при некоторых физиологических и патофизиологических состояниях.
DOI: 10.1134/S0016675818080052
СИМБИОГЕНЕЗ КАК ЭВОЛЮЦИЯ ГЕНЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ОТКРЫТОГО ТИПА
Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии, Санкт-Петербург, Пушкин-8 196608; e-mail: provorovnik@yandex.ru
Эволюция внутриклеточных симбиозов, образуемых бактериями с растениями и животными, представлена как модель для реконструкции процессов формирования эукариотической клетки на основе симбиоза различных форм прокариот (симбиогенеза). У микроорганизмов, находящихся в факультативной либо условно облигатной (экологически облигатной) зависимости от симбиоза, его генные системы возникают на основе активируемых хозяевами внутригеномных перестроек и горизонтального переноса генов. Последний фактор определяет эволюцию геномов симбиотических бактерий как генетических систем открытого типа (ГСОТ), в которых отношение акцессорных областей к коровым повышено по сравнению со свободноживущими сородичами. В результате коэволюции бактерий с эукариотами-хозяевами формируются ГСОТ более высокого ранга – симбиогеномы, целостность которых опосредована сигнальными взаимодействиями, определяющими перекрестную регуляцию генов-партнеров. Повышение эффективности их кооперации достигается при переходе бактерий к строго облигатной (генетически облигатной) зависимости от хозяев, определяемой: а) утратой значительных областей микробного генома, которые кодируют функции автономного развития; б) адаптацией бактерий к постоянному внутриклеточному существованию – эндоцитобиозу. При этом симбиогеномы приобретают статус систем наследования, определяемого вертикальной (как правило, трансовариальной) передачей микросимбионтов при размножении хозяев. Трансформация эндоцитобионтов в клеточные органеллы связана с потерей ими генетической автономности – способности к поддержанию и экспрессии своих рудиментарных геномов, вплоть до их полной утраты. Однако органеллы частично сохраняют фенотипическую идентичность предковых бактерий, которая определяется импортом из клетки-хозяина продуктов генов (белков, РНК), полученных ранее от микросимбионтов, что привело к формированию структурно интегрированных хологеномов. Реализуемая при этом стратегия “утраты–приобретения генов” привела к формированию разнообразных типов организации эукариотической клетки в соответствии со сценарием мозаики, который включает последовательное внедрение в клетку-хозяина нескольких симбионтов, либо со сценарием матрешки, при котором новые симбионты внедряются в клетки ранее приобретенных симбионтов.
DOI: 10.1134/S0016675818080106
ЭПИГЕНЕТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ В РАЗВЕДЕНИИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЖИВОТНЫХ
Всероссийский научно-исследовательский институт генетики и разведения сельскохозяйственных животных – филиал Федерального научного центра животноводства – ВИЖ им. Л.К. Эрнста, Санкт-Петербург 196601; e-mail: afyakov@mail.ru
Эпигенетические эффекты рассматриваются как механизм появления новых наследуемых признаков с передачей их между поколениями через мейоз. Современная геномная оценка не объясняет всей фенотипической дисперсии признаков. Вполне очевидно, что существенная часть неучтенной дисперсии отражает эпигенетические эффекты, осуществляемые через метилирование ДНК, модификацию гистонов и хроматина, активность некодирующих типов РНК. Полученные данные свидетельствуют о существенной роли эпигенетических факторов в экспрессии генов импринтинга, клеточных процессов, развития мышечной ткани и жирового обмена у животных. Убедительно доказана способность различных добавок в рацион индуцировать эпигенетические модификации с фенотипической вариабельностью. Эпигенетические эффекты потенциально могли бы использоваться в селекционных программах. Однако существует еще немало противоречий и ограничений в обосновании наследственного компонента эпигенетики для внедрения в селекцию животных. Разработка современных технологий, как, например, иммунопреципитация хроматина с микрочипами ДНК (ChIP-Chip), секвенирование следующего поколения (ChIP-Seq), редактирование эпигенома на основе CRISPR-cas9, дает основания для оптимизма в решении задач внедрения эпигенетических явлений в животноводство.
DOI: 10.1134/S0016675818080143
ГЕНЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ХРОНИЧЕСКОГО РИНОСИНУСИТА
1 Курский государственный медицинский университет, кафедра оториноларингологии,
кафедра биологии, медицинской генетики и экологии, Курск 305041; e-mail: arina.levchenko@bk.ru
2 Городская больница № 1, Белгородская область, Старый Оскол 309504
Хронический риносинусит (ХРС) представляет собой синдром, связанный с персистирующим воспалением слизистой оболочки носа и околоносовых пазух. Выделяют две формы ХРС: хронический полипозный риносинусит (ХПРС) и хронический риносинусит без полипоза носа. Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что значимую роль в развитии ХПРС могут играть нарушения врожденного и приобретенного иммунитета, ремоделирование синоназальной ткани и влияние микроорганизмов. Существует и генетическая предрасположенность к развитию ХРС. На сегодняшний день выделяют несколько групп генов, предположительно влияющих на развитие хронического риносинусита: связанные с локусом СFTR; гены HLA; врожденного иммунитета; гены, вовлеченные в развитие TH2-воспаления; отвечающие за ремоделирование тканей околоносовых пазух; вовлеченные в метаболизм арахидоновой кислоты; гены трансформации ксенобиотиков, а также другие гены. Выявление наследственной предрасположенности к ХРС позволит разработать персонализированные подходы к профилактике и лечению хронических риносинуситов.
DOI: 10.1134/S0016675818080088
ВЛИЯНИЕ ДЕЙТЕРИЯ НА ИНДУКЦИЮ ada-РЕГУЛОНА АЛКИЛИРУЮЩИМИ ВЕЩЕСТВАМИ В КЛЕТКАХ Escherichia coli
1 Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова Российской академии наук, Москва 119991; e-mail: abilev@vigg.ru
2 Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, кафедра генетики, Москва 119991
3 Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирск 630090
Впервые показано, что оксид дейтерия (D2O) усиливает экспрессию ada-регулона E. coli, индуцированную алкилирующими соединениями N-нитрозо-N-метилмочевиной (НММ) и метилметансульфонатом (ММС). Для сравнительного изучения индукции аda-регулона в дейтерированных и в недейтерированных (контрольных) культурах E. coli использовали биосенсор на основе штамма E. coli K12 MG1655 (pAlkA–lux), люминесцирующий в результате активации промотора гена alkA в ответ на алкилирование ДНК. Эти алкилирующие соединения в концентрации 0.005 М индуцировали экспрессию гена alkA от 1.3 до 5 раз больше в зависимости от концентрации D2O от 5 до 10% в среде для предварительного дейтерирования по сравнению с индукцией на недейтерированной культуре. Предполагается, что дейтерирование может быть одним из главных факторов стабилизации связи между промотором и алкилированным белком Ada, приводящей к усилению транскрипции ada-регулона.
DOI: 10.1134/S001667581808012X
ГЕН БИОСИНТЕЗА МЕЛАНИНА У ШТАММА СА15-1 КЛУБЕНЬКОВЫХ БАКТЕРИЙ ЛЮЦЕРНЫ: МОЛЕКУЛЯРНЫЙ АНАЛИЗ И ФИЛОГЕНИЯ
1 Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии,
Санкт-Петербург–Пушкин 196608; e-mail: chizhevskaya@yandex.ru
2 Санкт-Петербургский государственный университет, кафедра генетики и селекции, Санкт-Петербург 199034
3 Почвенный институт им. В.В. Докучаева Российской академии наук, Москва 119017
Проведены идентификация и анализ гена биосинтеза меланина у штамма СА15-1 Sinorhizobium meliloti. Для этого получены Tn5-мутанты, утратившие способность синтезировать меланин, и проведен молекулярно-биологический анализ гена mepA, кодирующего тирозиназу. Выявлено идентичное строение mepA-локуса для всех штаммов клубеньковых бактерий рода Sinorhizobium в отличие от других представителей группы Rhizobiacea. При филогенетическом анализе было показано, что в эволюции бактериальных тирозиназ имел место горизонтальный перенос гена mepA, причем близкородственные представители клубеньковых бактерий “получили” этот ген из разных источников. Анализ симбиотических свойств Mep–-мутантов штамма СА15-1 показал, что меланин никак не влияет на способность вступать в эффективный симбиоз с люцерной и, вероятнее всего, имеет значение лишь на этапах адаптации свободноживущих клеток в окружающей среде.
DOI: 10.1134/S0016675818080040
ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ПО ЛОКУСУ СОI мтДНК РАЗЛИЧНЫХ ПО ОКРАСКЕ РАКОВИННЫХ ФЕНОТИПОВ ЧЕРНОМОРСКИХ МИДИЙ Mytilus galloprovincialis Lam. (Mollusca: Bivalvia: Mytilidae)
1 Институт морских биологических исследований им. А.О. Ковалевского Российской академии наук, Севастополь 299011; e-mail: yslynko@mail.ru
2 Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина Российской академии наук, Борок 152742
Изучена изменчивость нуклеотидных последовательностей фрагмента гена COI женского генома у четырех фенотипических групп черноморского моллюска Mytilus galloprovincialis. Было показано, что параметры геномного разнообразия (количество гаплотипов, гаплотипическое и нуклеотидное разнообразие, количество нуклеотидных замен, в том числе попарных) у мидий с темной окраской раковины достоверно выше, чем у особей со светлыми окрасочными фенотипами. Выявленные различия связываются нами с особенностями экологических предпочтений мидий с темными и светлыми раковинами.
DOI: 10.1134/S0016675818080118
ДНК-БАРКОДИНГ ПРЕДСТАВИТЕЛЕЙ СЕМЕЙСТВА Celyphidae (Diptera) ИЗ ВЬЕТНАМА
1 Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, кафедра энтомологии, Москва 119234; e-mail: nuha_1313@list.ru
2 Научно-методический отдел энтомологии Всероссийского центра карантина растений, пос. Быково, Московская область 140150
3 Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова Российской академии наук, Москва 119991
4 Институт медицинской паразитологии, тропических и трансмиссивных заболеваний им. Е.И. Марциновского Первого МГМУ им. И.М. Сеченова, Москва 119435
5 Зоологический институт Российской академии наук, Санкт-Петербург 199034
6 Научно-исследовательский зоологический музей Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, Москва 125009
Проведен анализ участка гена COI у представителей семейства Celyphidae, ранее такой работы в мире не проводилось. Показано наличие значительного хиатуса между межвидовыми и внутривидовыми дистанциями, что позволяет использовать метод баркодинга для разграничения видов семейства Celyphidae. Из результатов анализа видно, что различные виды Celyphidae хорошо кластеризуются между собой. Внутри кластера Celyphus (Hemiglobus) porosus отмечена некоторая гетерогенность гаплотипов, однако не выходящая за рамки внутривидовой изменчивости.
DOI: 10.1134/S0016675818080064
ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ ФАКТОРА НЕКРОЗА ОПУХОЛИ ПОСРЕДСТВОМ РНК-ИНТЕРФЕРЕНЦИИ МАТРИКСНОЙ МЕТАЛЛОПРОТЕИНАЗЫ 1
1 Российский государственный аграрный университет (МСХА им. К.А. Тимирязева), Москва 127550
2 Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова Российской академии наук, Москва 119991; e-mail: mesentsev@vigg.ru
Матриксные металлопротеиназы играют важную роль в патогенезе псориаза. Целью данной работы было исследовать возможное влияние РНК-интерференции матриксной металлопротеиназы 1 на миграцию и пролиферацию эпидермальных кератиноцитов, обработанных фактором некроза опухоли, а также экспрессию генов, которые контролируют дифференцировку данного типа клеток. Для анализа изменений в экспрессии генов использовали метод ПЦР в режиме реального времени. Для оценки пролиферации клеток сопоставляли кривые их роста, а оценку миграции проводили путем сравнения репрезентативных фотографических изображений, которые были получены через равные промежутки времени. Согласно полученным результатам, обработка контрольной линии эпидермальных кератиноцитов фактором некроза опухоли приводит к ряду изменений в генной экспрессии, прежде описанных при псориазе (увеличению экспрессии MMP9, IVL и KRT16, а также снижению экспрессии LOR, KRT1, -10). Напротив, РНК-интерференция матриксной металлопротеиназы 1 вызывает изменения в экспрессии большинства из перечисленных генов в противоположном направлении. Так, после обработки фактором некроза опухоли в клетках с РНК-интерференцией матриксной металлопротеиназы 1, по сравнению с контрольными клетками, возрастает экспрессия LOR, KRT1 и -10, а также снижается экспрессия KRT16 и -17. В этих клетках также происходит снижение экспрессии циклина А2 и увеличивается экспрессия циклина Д1. Помимо этого РНК-интерференция матриксной металлопротеиназы 1 приводит к уменьшению скоростей пролиферации и приостанавливает миграцию клеток. Таким образом, проведенное нами исследование показало, что РНК-интерференция матриксной металлопротеиназы 1 обладает потенциальным терапевтическим эффектом, который может быть использован при лечении псориаза. В условиях превышения физиологической концентрации фактора некроза опухоли “нокдаун” MMP1 оказывает антипролиферативное действие на культивируемые эпидермальные кератиноциты, при этом, частично нормализуя экспрессию генов циклинов CCNA2, и -D1, а также генов LOR, KRT1, -10, -16 и -17, белковые продукты которых участвуют в регуляции дифференцировки данного типа клеток.
DOI: 10.1134/S001667581808009X
АССОЦИАЦИИ ПОЛИМОРФНЫХ ДНК-МАРКЕРОВ И ИХ СОЧЕТАНИЙ С РАССЕЯННЫМ СКЛЕРОЗОМ
1 Республиканская клиническая больница им. Г.Г. Куватова, Уфа 450087
2 Институт биохимии и генетики Уфимского научного центра Российской академии наук, Уфа 450054; e-mail: NasibullinTR@yandex.ru
3 Башкирский государственный медицинский университет, кафедра неврологии с курсами нейрохирургии и медицинской генетики, Уфа 450000
4 Башкирский государственный университет, кафедра генетики и фундаментальной медицины, Уфа 450076
Рассеянный склероз (РС) – многофакторное полигенное заболевание, в основе развития которого лежит комплекс аутоиммунных и нейродегенеративных процессов, приводящих к множественному очаговому поражению центральной нервной системы. Цель настоящего исследования состояла в анализе ассоциаций с РС полиморфных маркеров rs3129934 (C6orf10), rs1109670 (ген DDEF2/MBOAT2), rs9523762 (ген GPC5), rs28362491 (ген NFKB1), rs10974944 (ген JAK2), rs2304256 (гена TYK2). Материалом для исследования служили образцы ДНК не родственных между собой больных РС (N = 224) в возрасте от 17 до 67 лет и лиц контрольной группы (N = 312) в возрасте от 18 до 66 лет. Обе выборки сформированы из этнической группы русских. Результаты анализа ассоциаций изученных полиморфных маркеров с РС продемонстрировали, что у женщин повышенный риск РС ассоциирован с генотипами rs3129934*C/T (p = 0.001, OR = 2.23), rs3129934*Т/Т (p = 0.028, OR = 4.04), rs2304256*C/C (p = 0.049, OR = 1.6); у мужчин – с генотипом rs1109670*C/A (p = 0.017, OR = 2.06). Кроме того, с помощью алгоритма APSampler были выявлены сочетания аллелей, ассоциированные с повышенным риском развития РС с учетом гендерной принадлежности, в составе которых наиболее часто встречались аллели полиморфных маркеров rs3129934*Т, rs1109670*C,