Функции хеликазы MLE Drosophila melanogaster вне дозовой компенсации: молекулярная природа и плейотропный эффект мутации mle[9]

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Хеликаза Drosophila melanogaster MLE – консервативный у высших эукариот белок, ортолог хеликазы DHX9 человека. У млекопитающих показано участие этой хеликазы на разных стадиях экспрессии генов. У D. melanogaster активно изучалась роль MLE как одного из компонентов видоспецифичного комплекса дозовой компенсации. Однако роль MLE в других процессах оставалась мало изученной. В данной работе впервые картирована на молекулярном уровне мутация mle[9] и показано, что она вызвана делецией, приводящей к утрате высококонсервативного мотива III в каталитическом “ядре” молекулы. Таким образом, мутация mle[9] специфически нарушает хеликазную активность белка, не затрагивая функции других доменов. Изучение фенотипических проявлений мутации у самок показало, что в гомозиготном состоянии она имеет плейотропный эффект. Не оказывая влияния на выживаемость, она существенно снижает фертильность и продолжительность жизни. Кроме того, с высокой частотой наблюдается удвоение скутеллярных макрохет. Полученные результаты подтверждают, что у D. melanogaster хеликаза MLE вне дозовой компенсации вовлечена в широкий спектр процессов регуляции экспрессии генов.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Г. А. Ашниев

Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта Российской академии наук

Email: julia.v.nikolenko@gmail.com
Россия, Москва, 119991

С. Г. Георгиева

Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта Российской академии наук

Email: julia.v.nikolenko@gmail.com
Россия, Москва, 119991

Ю. В. Николенко

Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: julia.v.nikolenko@gmail.com
Россия, Москва, 119991

Список литературы

  1. Singleton M.R., Dillingham M.S., Wigley D.B. Structure and mechanism of helicases and nucleic acid translocases // Annu. Rev. Biochem. 2007. V. 76. № 1. P. 23–50. https://doi.org/10.1146/annurev.biochem.76.052305.115300
  2. Fairman-Williams M.E., Guenther U.-P., Jankowsky E. SF1 and SF2 helicases: family matters // Curr. Opin. Struct. Biol. 2010. V. 20. № 3. P. 313–324. https://doi.org/10.1016/j.sbi.2010.03.011
  3. Lee C.G., Hurwitz J. Human RNA helicase A is homologous to the maleless protein of Drosophila // J. Biolo. Chem. 1993. V. 268. № 22. P. 16822–16830. https://doi.org/10.1016/S0021-9258(19)85490-X
  4. Wei W., Twell D., Lindsey K. A novel nucleic acid helicase gene identified by promoter trapping in Arabidopsis // The Plant J. 1997. V. 11. № 6. P. 1307–1314. https://doi.org/10.1046/j.1365-313X.1997.11061307.x
  5. Zhang S., Maacke H., Grosse F. Molecular cloning of the gene encoding nuclear DNA helicase II. A bovine homologue of human RNA helicase A and Drosophila Mle protein // J. Biol. Chem. 1995. V. 270. № 27. P. 16422–16427. https://doi.org/10.1074/JBC.270.27.16422
  6. Lee T., Pelletier J. The biology of DHX9 and its potential as a therapeutic target // Oncotarget. 2106. V. 7. № 27. P. 42716–42739. https://doi.org/10.18632/oncotarget.8446
  7. Николенко Ю.В., Георгиева С.Г., Копытова Д.В. Разнообразие функций хеликазы MLE в регуляции экспрессии генов у высших эукариот // Мол. биология. 2023. T. 57. № 1. С. 10-23. https://doi.org/10.31857/S0026898423010123
  8. Prabu J.R., Müller M., Thomae A.W. et al. Structure of the RNA helicase MLE reveals the molecular mechanisms for uridine specificity and RNA-ATP coupling // Mol. Cell. 2015. V. 60. № 3. P. 487–499. https://doi.org/10.1016/j.molcel.2015.10.011
  9. Aratani S., Kageyama Y., Nakamura A. et al. MLE activates transcription via the minimal transactivation domain in Drosophila // Int. J. Mol. Med. 2008. V. 21. № 4. P. 469–476. https://doi.org/10.3892/ijmm.21.4.469
  10. Izzo A., Regnard C., Morales V. et al. Structure-function analysis of the RNA helicase maleless // Nucl. Acids Res. 2008. V. 36. № 3. P. 950–962. https://doi.org/10.1093/nar/gkm1108
  11. Kuroda M.I., Kernan M.J., Kreber R. et al. The maleless protein associates with the X chromosome to regulate dosage compensation in drosophila // Cell. 1991. V. 66. № 5. P. 935–947. https://doi.org/10.1016/0092-8674(91)90439-6
  12. Lee C.-G. The NTPase/helicase activities of Drosophila maleless, an essential factor in dosage compensation // EMBO J. 1997. V. 16. № 10. P. 2671–2681. https://doi.org/10.1093/emboj/16.10.2671
  13. Kuroda M.I., Hilfiker A., Lucchesi J.C. Dosage compensation in Drosophila – a model for the coordinate regulation of transcription // Genetics. 2016. V. 204. № 2. https://doi.org/10.1534/genetics.115.185108
  14. Samata M., Akhtar A. Dosage compensation of the X chromosome: A complex epigenetic assignment involving chromatin regulators and long noncoding RNAs // Annu. Rev. Biochem. 2018. V. 87. https://doi.org/ 10.1146/annurev-biochem-062917-011816
  15. Cugusi S., Kallappagoudar S., Ling H., Lucchesi J.C. The Drosophila helicase Maleless (MLE) is implicated in functions distinct from its role in dosage compensation // Mol. Cell. Proteomics. 2015. V. 14. № 6. P. 1478–1488. https://doi.org/10.1074/mcp.M114.040667
  16. Николенко Ю.В., Куршакова М.М., Краснов А.Н. Мультифункциональный белок ENY2 взаимодействует с РНК-хеликазой MLE // ДАН. 2019. Т. 489. С. 637–640. https://doi.org/10.31857/S0869-56524896637-640
  17. Николенко Ю.В., Куршакова М.М., Краснов А.Н., Георгиева С.Г. Хеликаза MLE – новый участник регуляции транскрипции гена ftz-f1, кодирующего ядерный рецептор у высших эукариот // ДАН. Науки о жизни. 2021. Т. 496. С. 48–51. https://doi.org/10.31857/S2686738921010182
  18. Kernan M.J., Kuroda M.I., Kreber R. et al. napts, a mutation affecting sodium channel activity in Drosophila, is an allele of mle a regulator of X chromosome transcription // Cell. 1991. V. 66. № 5. P. 949–959. https://doi.org/10.1016/0092-8674(91)90440-A
  19. Николенко Ю.В., Краснов А.Н., Воробьева Н.Е. Ремоделирующий хроматин комплекс SWI/SNF влияет на пространственную организацию локуса гена ftz-f1 // Генетика. 2019. Т. 55. С. 156–164. https://doi.org/10.1134/S0016675819020115
  20. Николенко Ю.В., Краснов А.Н., Мазина М.Ю. и др. Изучение свойств нового экдизонзависимого энхансера // ДАН. 2017. Т. 474. С. 756–759. https://doi.org/10.7868/S0869565217180219
  21. Vorobyeva N.E., Nikolenko J.V., Nabirochkina E.N. et al. SAYP and Brahma are important for “repressive” and “transient” Pol II pausing // Nucl. Acids Res. 2012. V. 40. № 15. P. 7319–7331. https://doi.org/10.1093/nar/gks472
  22. Фурсова Н.А., Николенко Ю.В., Сошникова Н.В. и др. Белок CG9890 с доменами цинковых пальцев - новый компонент ENY2-содержащих комплексов дрозофилы // Acta Naturae. 2018. Т. 10. С. 110–114. https://doi.org/10.32607/20758251-2018-10-4-110-114
  23. Николенко Ю.В., Вдовинa Ю.А., Фефеловa Е.И. и др. Деубиквитинирующий (DUB) модуль SAGA участвует в Pol III-зависимой транскрипции // Мол. биология. 2021. Т. 55. С. 1–10. https://doi.org/10.31857/S0026898421030137
  24. Kopytova D.V., Krasnov A.N., Orlova A.V. et al. ENY2: couple, triple...more? // Cell Cycle. 2010. V. 9. № 3. P. 479–481. https://doi.org/10.4161/cc.9.3.10610
  25. Gurskiy D., Orlova A., Vorobyeva N.et al. The DUBm subunit Sgf11 is required for mRNA export and interacts with Cbp80 in Drosophila // Nucl. Acids Res. 2012. V. 40. № 21. P. 10689–10700. https://doi.org/10.1093/nar/gks857
  26. Popova V.V., Orlova A.V., Kurshakova M.M. et al. The role of SAGA coactivator complex in snRNA transcription // Cell Cycle. 2018. V. 17. № 15. P. 1859–1870. https://doi.org/10.1080/15384101.2018.1489175
  27. Kopytova D.V., Orlova A.V., Krasnov A.N. et al. Multifunctional factor ENY2 is associated with the THO complex and promotes its recruitment onto nascent mRNA // Genes Dev. 2010. V. 24. № 1. P. 86–96. https://doi.org/10.1101/gad.550010
  28. Morra R., Smith E.R., Yokoyama R., Lucchesi J.C. The MLE subunit of the Drosophila MSL complex uses its ATPase activity for dosage compensation and its helicase activity for targeting // Mol. Cell. Biol. 2008. V. 28. № 3. P. 958–966. https://doi.org/10.1128/MCB.00995-07
  29. Pause A., Sonenberg N. Mutational analysis of a DEAD box RNA helicase: The mammalian translation initiation factor eIF-4A // EMBO J. 1992. V. 11. № 7. P. 2643–2654. https://doi.org/10.1002/J.1460-2075.1992.TB05330.X
  30. Figueiredo M.L.A., Kim M., Philip P. et al. Non-coding roX RNAs prevent the binding of the MSL-complex to heterochromatic regions // PLoS Genet. 2014. V. 10. № 12. https://doi.org/10.1371/JOURNAL.PGEN.1004865
  31. Fergestad T., Ganetzky B., Palladino M.J. Neuropathology in Drosophila membrane excitability mutants // Genetics. 2006. V. 172. № 2. P. 1031–1042. https://doi.org/10.1534/GENETICS.105.050625
  32. Reenan R.A., Hanrahan C.J., Ganetzky B. The mlenapts RNA helicase mutation in Drosophila results in a splicing catastrophe of the para Na+ channel transcript in a region of RNA editing // Neuron. 2000. V. 25. № 1. P. 139–149. https://doi.org/10.1016/S0896-6273(00)80878-8
  33. Hanrahan C.J., Palladino M.J., Ganetzky B., Reenan R.A. RNA editing of the Drosophila para Na+ channel transcript: evolutionary conservation and developmental regulation // Genetics. 2000. V. 155. № 3. P. 1149–1160. https://doi.org/10.1093/genetics/155.3.1149
  34. Lee T., Di Paola D., Malina A. et al. Suppression of the DHX9 helicase induces premature senescence in human diploid fibroblasts in a p53-dependent manner // J. Biol. Chem. 2014. V. 289. № 33. P. 22798–22814. https://doi.org/10.1074/JBC.M114.56853535
  35. Pazos Obregón F., Palazzo M., Soto P. et al. An improved catalogue of putative synaptic genes defined exclusively by temporal transcription profiles through an ensemble machine learning approach // BMC Genomics. 2019. V. 20. № 1. P. 1011. https://doi.org/10.1186/s12864-019-6380-z
  36. Lin S., Huang Y., Lee T. Nuclear receptor unfulfilled regulates axonal guidance and cell identity of Drosophila mushroom body neurons // PLoS One. 2009. V. 4. № 12. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0008392
  37. Iyer E.P., Iyer S.C., Sullivan L. et al. Functional genomic analyses of two morphologically distinct classes of Drosophila sensory neurons: post-mitotic roles of transcription factors in dendritic patterning // PLoS One. 2013. V. 8. № 8. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0072434
  38. Boulanger A., Clouet-Redt C., Farge M. et al. ftz-f1 and Hr39 opposing roles on EcR expression during Drosophila mushroom body neuron remodeling // Nat. Neurosci. 2011. V. 14. № 1. P. 3–44. https://doi.org/10.1038/nn.2700
  39. Calame D. G., Guo T., Wang C. et al. Monoallelic variation in DHX9, the gene encoding the DExH-box helicase DHX9, underlies neurodevelopment disorders and Charcot–Marie–Tooth disease // Am. J. Hum. Genet. 2023. V. 110. № 8. P. 1394–1413. https://doi.org/10.1016/j.ajhg.2023.06.013
  40. Castelli L. M., Benson B. C., Huang W.-P. et al. RNA helicases in microsatellite repeat expansion disorders and neurodegeneration // Front. Genet. 2022. V. 13 https://doi.org/10.3389/fgene.2022.886563
  41. Walstrom K.M., Schmidt D., Bean C.J., Kelly W.G. RNA helicase A is important for germline transcriptional control, proliferation, and meiosis in C. elegans // Mech. Dev. 2005. V. 122. № 5. P. 707–720. https://doi.org/10.1016/J.MOD.2004.12.002
  42. Campuzano S., Modolell J. Patterning of the Drosophila nervous system: The achaete–scute gene complex // Trends in Genetics. 1992. V. 8. № 6. P. 202–208. https://doi.org/10.1016/0168-9525(92)90234-U
  43. Cubas P., De Celis J.F., Campuzano S., Modolell J. Proneural clusters of achaete–scute expression and the generation of sensory organs in the Drosophila imaginal wing disc // Genes Dev. 1991. V. 5. № 6. P. 996–1008. https://doi.org/10.1101/GAD.5.6.996
  44. Villares R., Cabrera C.V. The achaete–scute gene complex of D. melanogaster: conserved domains in a subset of genes required for neurogenesis and their homology to myc // Cell. 1987. V. 50. № 3. P. 415–424. https://doi.org/10.1016/0092-8674(87)90495-8
  45. Cabrera C.V., Alonso M.C. Transcriptional activation by heterodimers of the achaete–scute and daughterless gene products of Drosophila // EMBO J. 1991. V. 10. № 10. P. 2965–2974. https://doi.org/10.1002/J.1460-2075.1991.TB07847.X
  46. Usui K., Goldstone C., Gibert J.-M., Simpson P. Redundant mechanisms mediate bristle patterning on the Drosophila thorax. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2008. V. 105. № 51. P. 20112–20117. https://doi.org/10.1073/pnas.0804282105

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Молекулярное картирование мутации mle[9] на уровне ДНК и мРНК. а – схематическое изображение гена mle и его транскриптов. mle-RA – транскрипт, кодирующий полноразмерный белок; mle-RC – гипотетический транскрипт. Звездочками обозначены сайты эндонуклеазы рестрикции HincII; стрелками обозначено положение зондов 1, 2 и 3, использованных для картирования делеции; черным треугольником – установленное нами точное положение делеции. Черные отрезки указывают положение зондов для измерения уровня транскрипции mle “выше” (4) и “ниже” (5) делеции; б – фрагмент нуклеотидной последовательности в районе делеции mle[9] в ДНК и кДНК. В ДНК строчными буквами обозначена последовательность интрона, прописными буквами – экзона; последовательность, делетированная в мутации mle[9], выделена серым цветом, подчеркнуты динуклеотиды AG – акцепторные сайты сплайсинга в гене дикого типа и в мутации.

Скачать (130KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Строение белка MLE в мутантах mle[9]. а – аминокислотная последовательность белка MLE. Делеция выделена серым цветом; б – доменное строение MLE (цит. по [7] с изменениями). Районы, соответствующие определенным доменам, обозначены серым цветом, линкерные участки – белым цветом. Представлены два домена связывания дцРНК – dsRBD1 и dsRBD2, минимальный домен трансактивации MTAD, каталитическое “ядро”, состоящее из доменов RecA1 и RecA2 и хеликаза-ассоциированного домена HA2, область связывания олигосахарида/олигонуклеотида OB-fold, сигнал ядерной локализации NLS, глицин-богатый С-концевой домен Gly. Консервативные мотивы обозначены римскими цифрами, положение делеции обозначено черной стрелкой; в – выравнивание последовательности, содержащей мотив III, у представителей разных видов. Подобные у разных видов а.о. выделены жирным шрифтом, идентичные а.о. выделены жирным шрифтом и подчеркнуты. Делеция mle[9] выделена серым цветом.

Скачать (601KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Мутация mle[9] не нарушает экспрессию гена in vivo в гомозиготных самках. а – транскрипция mle в самках с мутацией mle[9]. Уровень транскрипция mle в имаго измерен относительно уровня транскрипции контрольного гена β-Tubulin56D. Использованы зонды, расположенные “выше” (5ʹ) и “ниже” (3ʹ) делеции mle[9]. Гетерозиготные самки той же линии (+/–) использованы в качестве положительного контроля. Планки погрешностей обозначают стандартную ошибку измерений; б – Вестерн-анализ экспрессии белка MLE в личинках и куколках. L – блуждающие личики L3, P – куколки, возраст одни сутки; “–/–” – гомозиготные, “+/–” – гетерозиготные, “+/+” – Oregon R. На каждую дорожку геля нанесен ядерный экстракт из 10 особей.

Скачать (102KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Мутация mle[9] в гомозиготном состоянии снижает продолжительность жизни самок. а – кривые выживания при температуре 24°С. mle[9] – гомозиготные самки, mle[9]/CyO и mle[9]/+ – гетерозиготные самки с загнутыми и c прямыми крыльями соответственно, +/+ – самки линии Oregon R; б – средняя продолжительность жизни. Планки погрешностей обозначают стандартную ошибку среднего, * – р < 0.001.

Скачать (171KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Мутация mle[9] в гомозиготном состоянии снижает фертильность самок. а – динамика фертильности самок на протяжении первых трех недель жизни. mle[9] – гомозиготные самки, mle[9]/CyO – гетерозиготные самки, +/+ – самки линии Oregon R. Планки погрешностей обозначают стандартную ошибку среднего; б – среднее количество потомков за первые 22 сут жизни, * – p < 0.001.

Скачать (176KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Мутация mle[9] влияет на формирование скутеллярных макрохет (asc). а – удвоение передней скутеллярной макрохеты с одной (слева) или с обеих (справа) сторон груди у гомозиготных самок. Белой стрелкой обозначено нормальное расположение макрохет, черными стрелками – мутантный фенотип; б – частота встречаемости мутантного фенотипа у гомо- (mle[9]) и гетерозиготных (mle[9]/CyO) самок; 4*asc – самки с удвоением макрохет с обеих сторон, * p < 0.001.

Скачать (188KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024