Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Sự phân hóa chức năng nhanh chóng trong gia đình protein gắn RNA thần kinh ELAV được bảo tồn cấu trúc
Tóm tắt
Gen elav gây chết phôi bất thường trong Drosophila là điển hình cho một họ gen có mặt ở tất cả các động vật đa bào. Các thành viên của nó mã hóa các protein thần kinh được bảo tồn về mặt cấu trúc với ba động cơ nhận RNA (RRM), nhưng chúng lại hoạt động một cách nghịch lý ở nhiều mức độ khác nhau của quy định sau phiên mã. Trong nỗ lực hiểu rõ lịch sử của họ gen này, chúng tôi đã tìm kiếm các ortholog trong mười một bộ gen được giải trình tự hoàn chỉnh, bao gồm cả của con người, D. melanogaster và C. elegans, mà cho đến nay đã có cDNA. Chúng tôi đã phân tích 23 orthologs/paralogs của elav và phát hiện bằng chứng về sự tăng/giảm số lượng bản sao gen. Đối với một nhóm gen, bao gồm chính elav, các trình tự mã hóa đều không có intron và sản phẩm của chúng giống nhất với ELAV. Các gen còn lại cho thấy sự bảo tồn đáng kể về tổ chức exon của chúng và sản phẩm của chúng giống nhất với FNE và RBP9, các protein được mã hóa bởi hai paralog elav của Drosophila. Đặc biệt, ba trong số các điểm nối exon được bảo tồn nằm gần các yếu tố cấu trúc, liên quan đến tương tác protein-RNA và đến sự điều chỉnh vị trí tiểu phân, đồng thời gần với nhiều biến thể trình tự khác nhau. Dữ liệu cho thấy gen elav thiết yếu của Drosophila mới xuất hiện, giới hạn ở các loài ruồi và có nguồn gốc retrotransposed. Chúng tôi đề xuất rằng các điểm nối exon được bảo tồn có thể cấu thành các vị trí tiềm năng cho sự thay đổi trình tự/chức năng, và rằng các protein gắn RRM, mà chức năng của chúng phụ thuộc vào các tương tác RNA-protein dẻo dai, có thể đã đóng một vai trò quan trọng trong sự tiến hóa của não bộ.
Từ khóa
#Drosophila #elav #RNA Recognition Motifs #protein thần kinh #đa bào #tiến hóa não bộTài liệu tham khảo
Yao KM, Samson ML, Reeves R, White K: Gene elav of Drosophila melanogaster: a prototype for neuronal-specific RNA binding protein gene family that is conserved in flies and humans. J Neurobiol. 1993, 24: 723-739. 10.1002/neu.480240604.
Pascale A, Amadio M, Quattrone A: Defining a neuron: neuronal ELAV proteins. Cell Mol Life Sci. 2008, 65: 128-140. 10.1007/s00018-007-7017-y.
Keene JD: Why is Hu where? Shuttling of early-response-gene messenger RNA subsets. Proc Natl Acad USA. 1999, 96: 5-7. 10.1073/pnas.96.1.5.
Lunde BM, Moore C, Varani G: RNA-binding proteins: modular design for efficient function. Nat Rev Mol Cell Biol. 2007, 8: 479-490. 10.1038/nrm2178.
Maris C, Dominguez C, Allain FH: The RNA recognition motif, a plastic RNA-binding platform to regulate post-transcriptional gene expression. FEBS J. 2005, 272: 2118-2131. 10.1111/j.1742-4658.2005.04653.x.
Kim-Ha J, Kim J, Kim Y-J: Requirement of RBP9, a Drosophila Hu homolog, for regulation of cystocyte differentiation and oocyte determination during oogenesis. Mol Cell Biol. 1999, 19: 2505-2514.
Jeong K, Kim-Ha J: Precocious expression of Drosophila Rbp9 inhibits ovarian germ cell proliferation. Mol Cells. 2004, 18: 230-236.
Samson M-L, Chalvet F: found in neurons, a third member of the Drosophila elav gene family, encodes a neuronal protein and interacts with elav. Mech Dev. 2003, 120: 373-383. 10.1016/S0925-4773(02)00444-6.
Samson M-L: Shared RNA-binding sites for interacting members of the Drosophila ELAV family of neuronal proteins. Nucleic Acids Res. 2005, 33: 6372-6383. 10.1093/nar/gki942.
Good P: A conserved family of elav-like genes in vertebrates. Proc Nat Acad Sci USA. 1995, 92: 4557-4561. 10.1073/pnas.92.10.4557.
Brennan CM, Steitz JA: HuR and mRNA stability. Cell Mol Life Sci. 2001, 58: 266-277. 10.1007/PL00000854.
Kullmann M, Göpfert U, Siewe B, Hengst L: ELAV/Hu proteins inhibit p27 translation via an IRES element in the p27 5'UTR. Genes Dev. 2002, 16: 3087-3099. 10.1101/gad.248902.
Peng SS-Y, Chen C-YA, Xu N, Shyu A-B: RNA stabilization by the AU-rich element binding protein, HuR, an ELAV protein. EMBO J. 1998, 17: 3461-3470. 10.1093/emboj/17.12.3461.
Fan XC, Steitz JA: Overexpression of HuR, a nuclear-cytoplasmic shuttling protein, increases the in vivo stability of ARE-containing mRNAs. EMBO J. 1998, 15: 3448-3460. 10.1093/emboj/17.12.3448.
Soller M, White K: ELAV inhibits 3'-end processing to promote neural splicing of ewg pre-mRNA. Genes Dev. 2003, 17: 2526-2538. 10.1101/gad.1106703.
Zhu H, Hasman R, Barron VA, Luo G, Lou H: A nuclear function of Hu proteins as neuron-specific alternative RNA processing regulators. Mol Biol Cell. 2006, 17: 5105-5114. 10.1091/mbc.E06-02-0099.
Zhu H, Zhou H, Hasman RA, Lou H: Hu proteins regulate polyadenylation by blocking sites containing U-rich sequences. J Biol Chem. 2007, 282: 2203-2210. 10.1074/jbc.M609349200.
Flybase, A Database of Drosophila Genes & Genomes. [http://flybase.org/]
VectorBase, An NIAID Bioinformatics Resource Center for Invertebrate Vectors of Human Pathogens. [http://www.vectorbase.org/index.php]
Xia Q, Zhou Z, Lu C, Cheng D, Dai F, Li B, Zhao P, Zha X, Cheng T, Chai C, Pan G, Xu J, Liu C, Lin Y, Qian J, Hou Y, Wu Z, Li G, Pan M, Li C, Shen Y, Lan X, Yuan L, Li T, Xu H, Yang G, Wan Y, Zhu Y, Yu M, Shen W, Wu D, Xiang Z, Yu J, Wang J, Li R, Shi J, Li H, Li G, Su J, Wang X, Li G, Zhang Z, Wu Q, Li J, Zhang Q, Wei N, Xu J, Sun H, Dong L, Liu D, Zhao S, Zhao X, Meng Q, Lan F, Huang X, Li Y, Fang L, Li C, Li D, Sun Y, Zhang Z, Yang Z, Huang Y, Xi Y, Qi Q, He D, Huang H, Zhang X, Wang Z, Li W, Cao Y, Yu Y, Yu H, Li J, Ye J, Chen H, Zhou Y, Liu B, Wang J, Ye J, Ji H, Li S, Ni P, Zhang J, Zhang Y, Zheng H, Mao B, Wang W, Ye C, Li S, Wang J, Wong GK, Yang H, Biology Analysis Group: A Draft Sequence for the Genome of the Domesticated Silkworm (Bombyx mori). Science. 2004, 306: 1937-0940. 10.1126/science.1102210.
Mita K, Kasahara M, Sasaki S, Nagayasu Y, Yamada T, Kanamori H, Namiki N, Kitagawa M, Yamashita H, Yasukochi Y, Kadono-Okuda K, Yamamoto K, Ajimura M, Ravikumar G, Shimomura M, Nagamura Y, Shin-I T, Abe H, Shimada T, Morishita S, Sasaki T: The genome sequence of silkworm, Bombyx mori. DNA Res. 2004, 29: 27-35. 10.1093/dnares/11.1.27.
National Human Genome Research Institute, Status Approved Sequencing Targets. [http://www.genome.gov/10002154]
Wang X, Tanaka Hall TM: Structural basis for recognition of AU-rich element RNA by the HuD protein. Nat Struct Biol. 2001, 8: 141-145. 10.1038/84131.
Samson M-L: Drosophila arginase is produced from a nonvital gene that contains the elav locus within its third intron. J Biol Chem. 2000, 275: 31107-31114. 10.1074/jbc.M001346200.
Drosophila 12 Genomes Consortium, Clark AG, Eisen MB, Smith DR, Bergman CM, Oliver B, Markow TA, Kaufman TC, Kellis M, Gelbart W, Iyer VN, Pollard DA, Sackton TB, Larracuente AM, Singh ND, Abad JP, Abt DN, Adryan B, Aguade M, Akashi H, Anderson WW, Aquadro CF, Ardell DH, Arguello R, Artieri CG, Barbash DA, Barker D, Barsanti P, Batterham P, Batzoglou S, Begun D, Bhutkar A, Blanco E, Bosak SA, Bradley RK, Brand AD, Brent MR, Brooks AN, Brown RH, Butlin RK, Caggese C, Calvi BR, Bernardo de Carvalho A, Caspi A, Castrezana S, Celniker SE, Chang JL, Chapple C, Chatterji S, Chinwalla A, Civetta A, Clifton SW, Comeron JM, Costello JC, Coyne JA, Daub J, David RG, Delcher AL, Delehaunty K, Do CB, Ebling H, Edwards K, Eickbush T, Evans JD, Filipski A, Findeiss S, Freyhult E, Fulton L, Fulton R, Garcia AC, Gardiner A, Garfield DA, Garvin BE, Gibson G, Gilbert D, Gnerre S, Godfrey J, Good R, Gotea V, Gravely B, Greenberg AJ, Griffiths-Jones S, Gross S, Guigo R, Gustafson EA, Haerty W, Hahn MW, Halligan DL, Halpern AL, Halter GM, Han MV, Heger A, Hillier L, Hinrichs AS, Holmes I, Hoskins RA, Hubisz MJ, Hultmark D, Huntley MA, Jaffe DB, Jagadeeshan S, Jeck WR, Johnson J, Jones CD, Jordan WC, Karpen GH, Kataoka E, Keightley PD, Kheradpour P, Kirkness EF, Koerich LB, Kristiansen K, Kudrna D, Kulathinal RJ, Kumar S, Kwok R, Lander E, Langley CH, Lapoint R, Lazzaro BP, Lee SJ, Levesque L, Li R, Lin CF, Lin MF, Lindblad-Toh K, Llopart A, Long M, Low L, Lozovsky E, Lu J, Luo M, Machado CA, Makalowski W, Marzo M, Matsuda M, Matzkin L, McAllister B, McBride CS, McKernan B, McKernan K, Mendez-Lago M, Minx P, Mollenhauer MU, Montooth K, Mount SM, Mu X, Myers E, Negre B, Newfeld S, Nielsen R, Noor MA, O'Grady P, Pachter L, Papaceit M, Parisi MJ, Parisi M, Parts L, Pedersen JS, Pesole G, Phillippy AM, Ponting CP, Pop M, Porcelli D, Powell JR, Prohaska S, Pruitt K, Puig M, Quesneville H, Ram KR, Rand D, Rasmussen MD, Reed LK, Reenan R, Reily A, Remington KA, Rieger TT, Ritchie MG, Robin C, Rogers YH, Rohde C, Rozas J, Rubenfield MJ, Ruiz A, Russo S, Salzberg SL, Sanchez-Gracia A, Saranga DJ, Sato H, Schaeffer SW, Schatz MC, Schlenke T, Schwartz R, Segarra C, Singh RS, Sirot L, Sirota M, Sisneros NB, Smith CD, Smith TF, Spieth J, Stage DE, Stark A, Stephan W, Strausberg RL, Strempel S, Sturgill D, Sutton G, Sutton GG, Tao W, Teichmann S, Tobari YN, Tomimura Y, Tsolas JM, Valente VL, Venter E, Venter JC, Vicario S, Vieira FG, Vilella AJ, Villasante A, Walenz B, Wang J, Wasserman M, Watts T, Wilson D, Wilson RK, Wing RA, Wolfner MF, Wong A, Wong GK, Wu CI, Wu G, Yamamoto D, Yang HP, Yang SP, Yorke JA, Yoshida K, Zdobnov E, Zhang P, Zhang Y, Zimin AV, Baldwin J, Abdouelleil A, Abdulkadir J, Abebe A, Abera B, Abreu J, Acer SC, Aftuck L, Alexander A, An P, Anderson E, Anderson S, Arachi H, Azer M, Bachantsang P, Barry A, Bayul T, Berlin A, Bessette D, Bloom T, Blye J, Boguslavskiy L, Bonnet C, Boukhgalter B, Bourzgui I, Brown A, Cahill P, Channer S, Cheshatsang Y, Chuda L, Citroen M, Collymore A, Cooke P, Costello M, D'Aco K, Daza R, De Haan G, DeGray S, DeMaso C, Dhargay N, Dooley K, Dooley E, Doricent M, Dorje P, Dorjee K, Dupes A, Elong R, Falk J, Farina A, Faro S, Ferguson D, Fisher S, Foley CD, Franke A, Friedrich D, Gadbois L, Gearin G, Gearin CR, Giannoukos G, Goode T, Graham J, Grandbois E, Grewal S, Gyaltsen K, Hafez N, Hagos B, Hall J, Henson C, Hollinger A, Honan T, Huard MD, Hughes L, Hurhula B, Husby ME, Kamat A, Kanga B, Kashin S, Khazanovich D, Kisner P, Lance K, Lara M, Lee W, Lennon N, Letendre F, LeVine R, Lipovsky A, Liu X, Liu J, Liu S, Lokyitsang T, Lokyitsang Y, Lubonja R, Lui A, MacDonald P, Magnisalis V, Maru K, Matthews C, McCusker W, McDonough S, Mehta T, Meldrim J, Meneus L, Mihai O, Mihalev A, Mihova T, Mittelman R, Mlenga V, Montmayeur A, Mulrain L, Navidi A, Naylor J, Negash T, Nguyen T, Nguyen N, Nicol R, Norbu C, Norbu N, Novod N, O'Neill B, Osman S, Markiewicz E, Oyono OL, Patti C, Phunkhang P, Pierre F, Priest M, Raghuraman S, Rege F, Reyes R, Rise C, Rogov P, Ross K, Ryan E, Settipalli S, Shea T, Sherpa N, Shi L, Shih D, Sparrow T, Spaulding J, Stalker J, Stange-Thomann N, Stavropoulos S, Stone C, Strader C, Tesfaye S, Thomson T, Thoulutsang Y, Thoulutsang D, Topham K, Topping I, Tsamla T, Vassiliev H, Vo A, Wangchuk T, Wangdi T, Weiand M, Wilkinson J, Wilson A, Yadav S, Young G, Yu Q, Zembek L, Zhong D, Zimmer A, Zwirko Z, Jaffe DB, Alvarez P, Brockman W, Butler J, Chin C, Gnerre S, Grabherr M, Kleber M, Mauceli E, MacCallum I: Evolution of genes and genomes on the Drosophila phylogeny. Nature. 2007, 450: 203-218. 10.1038/nature06341.
Bhutkar A, Russo SM, Smith TF, Gelbart WM: Genome-scale analysis of positionally relocated genes. Genome Res. 2007, 17: 1880-1887. 10.1101/gr.7062307.
Hillier LW, Fulton RS, Fulton LA, Graves TA, Pepin KH: The DNA sequence of human chromosome 7. Nature. 2003, 424: 157-164. 10.1038/nature01782.
Neufeld TP, Carthew RW, Rubin GM: Evolution of gene position: chromosomal arrangement and sequence comparison of the Drosophila melanogaster and Drosophila virilis sina and Rh4 genes. Proc Natl Acad Sci USA. 1991, 88: 10203-10207. 10.1073/pnas.88.22.10203.
Akamatsu W, Fujihara H, Mitsuhashi T, Yano M, Shibata S, Hayakawa Y, Okano HJ, Sakakibara S, Takano H, Takano T, Takahashi T, Noda T, Okano H: The RNA-binding protein HuD regulates neuronal cell identity and maturation. Proc Natl Acad Sci USA. 2005, 102: 4625-4630. 10.1073/pnas.0407523102.
Loria PM, Duke A, Rand JB, Hobert O: Two neuronal, nuclear-localized RNA binding proteins involved in synaptic transmission. Curr Biol. 2003, 13: 1317-1323. 10.1016/S0960-9822(03)00532-3.
Traut W, Niimi T, Ikeo K, Sahara K: Phylogeny of the sex-determining gene Sex-lethal in insects. Genome. 2006, 49: 254-262. 10.1139/G05-107.
Okano HJ, Darnell RB: A hierarchy of Hu RNA binding proteins in developing and adult neurons. J Neurosci. 1997, 17: 3024-3037.
Wang W, Caldwell MC, Lin S, Furneaux H, Gorospe M: HuR regulates cyclin A and cyclin B1 mRNA stability during cell proliferation. EMBO J. 2000, 19: 2340-2350. 10.1093/emboj/19.10.2340.
Quattrone A, Pascale A, Nogues X, Zhao W, Gusev P, Pacini A, Alkon D: Posttranscriptional regulation of gene expression in learning by the neuronal ELAV-like mRNA-stabilizing proteins. Proc Natl Acad Sci USA. 2001, 98: 11668-11673. 10.1073/pnas.191388398.
Lisbin MJ, M G, YM Y, K W: Function of RRM domains of Drosophila melanogaster ELAV: Rnp1 mutations and rrm domain replacements with ELAV family proteins and SXL. Genetics. 2000, 155: 1789-1798.
Sikela JM: The jewels of our genome: the search for the genomic changes underlying the evolutionarily unique capacities of the human brain. PLoS Genet. 2006, 2: e80-10.1371/journal.pgen.0020080.
Li Q, JA L, Black DL: Neuronal regulation of alternative pre-mRNA splicing. Nat Rev Neurosci. 2007, 8: 819-831. 10.1038/nrn2237.
Lin AC, Holt CE: Local translation and directional steering in axons. EMBO J. 2007, 26: 3729-3736. 10.1038/sj.emboj.7601808.
Bramham CR, Wells DG: Dendritic mRNA: transport, translation and function. Nat Rev Neurosci. 2007, 8: 776-789. 10.1038/nrn2150.
Flybase, blast. [http://flybase.org/]
The New GENSCAN Web Server at MIT. [http://genes.mit.edu/GENSCAN.html]
Berkeley Drosophila Genome Project, Splice Site Prediction by Neural Network. [http://www.fruitfly.org/seq_tools/splice.html]
EMBL-EBI, ClustalW2. [http://www.ebi.ac.uk/Tools/clustalw2/index.html]
