Timeless (gene)

Timeless (tim ) является геном у многих видов, но наиболее известен своей ролью в Drosophila в кодировании TIM, важного белка, который регулирует циркадный ритм. Вневременная мРНК и белок ритмично колеблются со временем как часть петли отрицательной обратной связи транскрипции-трансляции, включающей ген period (per) и его белок.

• 1 Discovery
• 2 Структура
• 3 Вечные гомологи
  • 3.1 Гомолог дрозофилы
  • 3.2 Гомолог Gryllus bimaculatus (двупятнистый сверчок)
  • 3.3 Гомолог млекопитающих
    • 3.3. 1 Люди
• 4 Текущие исследования
• 5 См. Также
• 6 Ссылки
• 7 Дополнительная литература
• 8 Внешние ссылки

В 1994 году вневременное было открыто благодаря предварительный генетический скрининг, проведенный Джеффри Л. Прайсом во время работы в лаборатории Майкла У. Янга. Этот ген был обнаружен, когда они заметили аритмичный мутант tim через экран P element. Мутация tim вызвала аритмическое поведение, определяемое отсутствием способности устанавливать правильные циркадные ритмы. В 1995 году вневременной ген был клонирован Амитой Сегал и партнерами в лаборатории Майкла У. Янга. В отличие от вневременного гена дрозофилы, гомологи были обнаружены у других видов, которые не являются необходимыми для циркадного ритма. Открытие вневременного последовало за открытием мутантов периода в 1971 году посредством прямого генетического скрининга, клонирования per в 1984 году и эксперимента, определяющего, что пер циркадный ритм в 1990 году. Это произошло в период быстрого распространения в области хронобиология в 1990-е гг.

Длина кодирующей области гена timeless Drosophila составляет 4029 пар оснований, из которых 1398 аминокислота белок транскрибируется. Ген начинается с консенсусного кэп-сайта перед кодоном метионина. Он содержит 11 экзонов и 10 интронов. У различных видов дрозофил вневременной белок TIM содержит более высококонсервативные функциональные домены и аминокислотную последовательность, чем его аналог, PER (белок, кодируемый per). CLD был наименее консервативным из этих регионов между D. virilis и D. melanogaster. Эти консервативные части включают: домен взаимодействия PER, сигнал ядерной локализации (NLS), домен цитоплазматической локализации (CLD), N-концевой конец (нефункциональный) и C-терминал конец. Также известно, что TIM имеет основную область, которая взаимодействует с доменом PAS белка PER, и центральную кислотную область. Также существует область неизвестной функции около N-конца белка TIM, которая содержит последовательность из 32 аминокислот, которая при удалении вызывает аритмическое поведение у мухи. У различных видов Drosophila, таких как D. virilis и D. melanogaster, инициирующий метионин для трансляции вневременного гена в TIM находится в разных местах, причем стартовый сайт D. virilis расположен ниже стартового сайта у D. melanogaster.

Тайм-аут, C-терминал (PAB)
Human TIMELESS PAB
Идентификаторы
Символ	TIMELESS_C
Pfam	PF05029
InterPro	IPR006906
Доступные структуры белка: структуры Pfam / ECOD PDB RCSB PDB ; PDBe ; PDBj PDBsum краткое описание структуры PDB 4XHT

гомолог дрозофилы

вневременной ген является важным компонентом молекулярных циркадных часов у дрозофилы. Как было отмечено в совместных исследованиях, проведенных лабораториями Майкла У. Янга и Амиты Сегал, он действует как часть петли ауторегуляторной обратной связи в сочетании с периодом (на) генным продуктом. Дальнейшие исследования лабораторий Янга, Сегала, Чарльза Вейца и Майкла Росбаша показали, что вневременной белок (TIM) и периодический белок (PER) образуют гетеродимер, который демонстрирует циркадные ритмы у дрозофилы дикого типа. Исследователи из лаборатории Росбаша также показали, что уровни мРНК tim и уровни белка TIM имеют циркадные ритмы, аналогичные ритмам периодической (на) мРНК и ее продукта. Эксперименты, проведенные совместно лабораториями Weitz, Young и Sehgal с использованием дрожжевого 2-гибрида, доказали, что TIM напрямую связывается с PER. Ранним вечером PER и TIM димеризуются и накапливаются. Поздно ночью димер перемещается в ядро, чтобы ингибировать пер- и временную транскрипцию. В 1996 году команды Сегала, Эдери и Янга обнаружили, что воздействие света приводит к деградации TIM, а затем и PER.

Гетеродимер PER / TIM отрицательно регулирует транскрипцию периода (per) и времени (время) гены. В рамках этой петли отрицательной обратной связи сначала гетеродимеры PER / TIM образуются в цитоплазме, накапливаются, а затем перемещаются в ядро. Затем комплекс блокирует положительные факторы транскрипции clock (CLK) и цикл (CYC), тем самым подавляя транскрипцию per.

Как часть циркадных часов, вневременность необходима для увлечения циклами свет-темнота (LD). Типичная продолжительность периода автономного бега дрозофилы составляет 23,9 часа, что требует адаптации к 24-часовому циклу окружающей среды. Адаптация сначала начинается с воздействия света. Этот процесс приводит к быстрой деградации белка TIM, позволяя организмам вовлекаться на рассвете в циклы окружающей среды.

В циклах свет-темнота уровень белка TIM быстро снижается поздно ночью / рано утром, с последующими аналогичными, но более постепенными изменениями уровня белка PER. Распад TIM не зависит от per и его белка и высвобождает PER из комплекса PER / TIM. В некоторых типах клеток фоторецепторный белок криптохром (CRY) физически связывается с TIM и помогает регулировать светозависимую деградацию. CRY активируется синим светом, который связывается с TIM и маркирует его для ухудшения качества. Это завершает репрессию PER / TIM опосредованной CLK / CYC транскрипции генов per и tim, позволяя продуцировать мРНК per и tim для перезапуска цикла.

Этот механизм позволяет мухам вовлекаться в световые сигналы окружающей среды.. Когда дрозофила получает свет в начале субъективной ночи, индуцированная светом деградация TIM вызывает задержку накопления TIM, которая создает фазовую задержку. Когда световой поток поступает поздней субъективной ночью, световой импульс вызывает деградацию TIM раньше, чем при нормальных условиях, что приводит к сдвигу фазы.

У Drosophila отрицательный регулятор PER от PER / TIM комплекс, в конечном итоге разлагается казеинкиназой -опосредованным циклом фосфорилирования, делая возможными колебания в экспрессии генов в соответствии с сигналами окружающей среды. Эти белки опосредуют колеблющуюся экспрессию фактора транскрипции VRILLE (VRI), который необходим для поведенческой ритмичности, временной экспрессии и накопления PDF (фактор диспергирования пигментов).

Гомолог Gryllus bimaculatus (двупятнистый сверчок)

Timeless, по-видимому, не важен для колебаний циркадных часов у всех насекомых. У дикого типа Gryllus bimaculatus мРНК tim демонстрирует ритмическую экспрессию как в LD, так и в DD (циклы темнота-темнота), аналогичную таковой для per, с пиком в течение субъективной ночи. При инъекции двухцепочечной РНК tim (dstim) уровни мРНК tim были значительно снижены, и ритм ее циркадной экспрессии был устранен. Однако после лечения dstim у взрослых сверчков в постоянной темноте наблюдался четкий локомоторный ритм, с периодом свободного бега, который был значительно короче, чем у контрольных сверчков, которым вводили Discosoma sp. Red2 (DsRed2) дцРНК. Эти результаты предполагают, что у сверчка Tim играет некоторую роль в точной настройке периода автономной работы, но может не иметь существенного значения для колебаний циркадных часов.

Гомолог млекопитающих

В 1998 году исследователи определили мышиный гомолог и человеческий гомолог гена Timeless Drosophila. Точная роль TIM у млекопитающих до сих пор неясна. Недавняя работа над вневременной функцией млекопитающих (mTim) у мышей предположила, что этот ген может не играть такую ​​же важную роль у млекопитающих, как у Drosophila, как необходимая функция циркадных часов. Хотя Тим экспрессируется в супрахиазматическом ядре (SCN), которое считается основным осциллятором у человека, его транскрипция не колеблется ритмично в постоянных условиях, и белок TIM остается в ядре.

Однако показано, что mTim необходим для эмбрионального развития у мышей, что указывает на иную функцию гена, чем у Drosophila. Это предполагает расхождение между часами млекопитающих и часами дрозофилы. Более того, tim млекопитающих более ортологичен паралогу Tim-2 (Timeout) гена Timeless дрозофилы, чем сам ген. Как и tim-2, ортологи млекопитающих имеют С-концевой PARP1 -связывающий домен (PAB). Комплекс, из которого они получены, способствует гомологичной рекомбинации репарации ДНК.

Считается, что вневременной белок напрямую связывает клеточный цикл с циркадным ритмом у млекопитающих. В этой модели. называемые «прямым сцеплением», эти два цикла имеют общий ключевой белок, экспрессия которого демонстрирует циркадный паттерн. Существенная роль Tim у дрозофилы в создании циркадного ритма выполняется Cry у млекопитающих. У млекопитающих транскрипция Cry и Per активируется комплексом CLOCK / BMAL1 и подавляется комплексом PER / CRY.

Люди

Было показано, что человеческий вневременной белок (hTIM) необходим для производства электрических колебаний, производимых супрахиазматическим ядром (SCN), главными часами управляет всеми тканевыми циркадными ритмами организма. Этот белок также взаимодействует с продуктами основных часовых генов CLOCK, BMAL, PER1, PER2 и PER3.

Санкар и его коллеги исследовали, играет ли hTIM аналогичную роль ортологам в C. elegans и других типов дрожжей, которые, как известно, играют важную роль в клеточном цикле. Их эксперименты показали, что hTIM играет важную роль в контрольных точках G2 / M и внутри-S-клеточного цикла. Что касается контрольной точки G2 / M, hTIM связывается с субъединицей ATRIP на ATR - протеинкиназе, чувствительной к повреждению ДНК. Это связывание между hTIM и ATR затем приводит к фосфорилированию Chk1, что приводит к остановке клеточного цикла или апоптозу. Этот процесс служит важным контролем, чтобы остановить пролиферацию клеток с повреждением ДНК до митотического деления. Роль hTIM в контрольной точке внутри S менее ясна на молекулярном уровне; однако подавление hTIM приводит к увеличению скорости генерации репликационных вилок - даже при наличии повреждений ДНК и других регуляторных реакций.

Ген Timeless имеет также было обнаружено, что он влияет на развитие заболеваний у людей. Подавление вневременного гена в клетках карциномы человека приводит к укорочению теломер, что указывает на его роль в поддержании длины теломер. Связанные с теломерами повреждения ДНК также увеличиваются во вневременных истощенных клетках вместе с задержкой репликации теломер. Swi1 - это вневременной белок, который необходим для репликации ДНК в области теломер. Эта связь между вневременным и теломерами указывает на возможную связь гена с раком.

Замена однонуклеотидного полиморфизма, которая приводит к преобразованию глутамина в аргинин в Аминокислотная последовательность вневременного гена человека не связана ни с утренними, ни с вечерними тенденциями у людей. Это согласуется с другими исследованиями, предполагающими, что htim не важен в циркадном ритме человека.

Сейчас часто обнаруживается, что Timeless сверхэкспрессируется при многих различных типах опухолей. В исследовании, в котором использовались олигонуклеотиды siRNA, нацеленные на Timeless-target, с последующим микрочипом экспрессии всего генома, а также сетевым анализом. Дальнейшее тестирование Timeless подавления скорости пролиферации клеток линии клеток рака шейки матки и груди. Было обнаружено, что повышенная экспрессия Timeless в значительной степени ассоциировалась с более поздней стадией опухоли и худшим прогнозом рака груди. Сходство сигнатур экспрессии генов позволило идентифицировать TIMELESS как киназный супрессор Ras -1 (KSR1) -подобного и потенциальную мишень, необходимую для выживания раковых клеток. БЕСПЛАТНАЯ сверхэкспрессия представляет собой уязвимость в опухолях, управляемых Ras, которая предлагает потенциальное понимание новых и селективных целей, обнаруженных в раковых опухолях, управляемых Ras, которые можно использовать для разработки селективных и более эффективных терапевтических средств. ген

• TIMELESS + белок, + человек в Национальной медицинской библиотеке США Медицинские предметные рубрики (MeSH)
• HHMI - Модель молекулярных часов дрозофилы
• Научный журнал Neurobiology