Upload
ringo
View
50
Download
1
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Поиск функциональных различий геномов человека и шимпанзе, связанных с инсерционным мутагенезом мобильных элементов. Группа геномного анализа сигнальных систем клетки ИБХ РАН. Человек. Шимпанзе. Изменения генотипа и фенотипа идут рука об руку. Человек. Шимпанзе. Сознание. Агрессия. ИБХ. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
Поиск функциональных различий геномов
человека и шимпанзе, связанных с инсерционным мутагенезом мобильных элементов
Группа геномного анализа сигнальных систем клетки ИБХ РАН
Изменения генотипа и фенотипа идут рука об руку
Человек
Шимпанзе
Агрессия
Человек
Шимпанзе
Сознание
ИБХСтатистика генома человека
Длина ~3,2 млрд. п.о.Экзоны ~1.5%Гены (с интронами) ~35%Повторяющиеся последовательности >60%
Большая часть геномных повторов представлена мобильными элементами
Геномы человека и шимнанзе (каждый ~3·109 пн)идентичны приблизительнона 98.8 %
Из всего многообразия человек-специфичных последовательностей следует отбросить позиции,полиморфные в популяции Homo sapiens (около 20 млн пар оснований)
Основные цитогенетические отличия (150 млн п.н.):
-Человеческая хромосома 2 - продукт слияния двух предковых хромосом (у шимп. - хр 12 и 13)
-Перицентрические инверсии на хромосомах 1 и 18
-Массированные перестройки гетерохроматина
-Обмен ДНК в центромерных и теломерных районах хромосом
-Перестройки и транслокации некоторых генных семейств
-Протяжённые делеции, инверсии и дупликации (особенно Y)
Появление и инактивация генов:
-У человека инактивирован ген CMP для гидроксилазы сиаловой кислоты (единственное биохимическое различие чел. и шимп.)
-Потеря у человека значительного количества (около 200) генов обонятельных рецепторов
-Убыстренная эволюция кластеров генов, вовлечённых в работу иммунной системы (лейкоцитарные рецепторы)
-Человек-специфичный трансмембранный белок неизв. функции c1orf37-dup
-Человек-специфичная регуляторная (?) РНК HAR1F
(в эмбриональной новой коре).
Короткие нуклеотидные замены:
- Около 36 млн пн
- Многие затрагивают белок-кодирующие области
- Многие в регуляторных областях генов
- Учёные тонут в потоке информации
Специфичные мобильные элементы:
- Около 8000 внедрений (около 6 млн пн)
- L1 (1200 представителей)
- Alu (5500 копий)
- SVA (900 копий)
- Эндогенные ретровирусы (150 представителей)
МОБИЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ:
1) Мишени для специфической рекомбинации
2) Предоставляют новые сайты сплайсинга
3) Содержат работающие промоторы и энхансеры
4) Предоставляют сигналы полиаденилирования
5) Трансдуцируют (переносят) уникальные последовательности ДНК
6) Создают псевдогены
Эндогенные РетроВирусы (ЭРВ)-
самая сложноорганизованная группа ретроэлементов.Обладают по крайней мере тремя функциональными генами и множеством регуляторных последовательностей, сосредоточенных в Длинных Концевых Повторах (англ. LTR), фланкирующих “тело” ЭРВ
Единственная активная до недавнего времени группа ЭРВ, имеющая человек-специфических
представителей– HERV-K (HML2)
Около 90% HERV-K существует в виде одиночных LTR
чсЭРВ HERV-K(HML2) формируют отдельный кластер на филогенетическом древе
<Скрининг геномных баз данных> HS семейство ~180 представителей, 85% из них – человек-специфичные
HS семейство человек-специфичных LTR: гомология ~98%
Buzdin et al.Genomics, 2003
Функциональная характеристика человек-специфичных ЭРВ:
Промоторная активность LTR
Kovalskaya et al. Virology., 2006
Картированиеточки старта транскрипции
Функциональная характеристика человек-специфичных ЭРВ:
Промоторная активность LTR
Полногеномный поискпромоторно-активныхчсЭРВ
Buzdin et al. NAR, 2006
GREM – Genomic RepeatExpressionMonitor
Buzdin et al. NAR, 2006
GREM and RT-PCR data:positive correlation
-Как минимум 50% всех чсЭРВ служат функциональными промоторами для транскрипции уникальной геномной ДНК хозяина
Buzdin et al. J.Virol., 2006
чсЭРВ транскрибируются на уровнях, сравнимых с экспрессией
известных генов человека
Buzdin et al. J.Virol., 2006
В целом, корреляция между промоторной активностью LTR и соседних генов отсутствует
LTR
LTR преимущественно фиксируются в геноме в ориентации, противоположной направлению транскрипции близлежащего гена.
Могут ли LTR, расположенные в интроне гена в противоположной направлению транскрипции гена ориентации, приводить к образованию антисмысловых РНК и участвовать в регуляции по механизму РНК-интерференции?
LTR
до 5 т. п. н.
Для анализа было отобрано 13 человек-специфических элементов
Только LTR в интроне гена SLB (selective LIM binding factor, rat homolog) и SLC (sodium bicarbonate cotransporter) служат промоторами для транскриптов, перекрывающихся с экзоном.
Изучение влияния человек-спецефических ретроэлементовHERV-K (HML-2) на транскрипцию близлежащих генов.
Экспрессия транскрипта 1 приводит к уменьшению количества РНК SLB в 2,6 раза
LTR экзон 6экзон 5
SLC
транскрипт 3
LTR экзон 24экзон 22 23
SLB
транскрипт 1транскрипт 2
Такие антисмысловые РНК транскрибируются во многих тканях:
Для исследования функциональной роли обнаруженных антисмысловых транскриптов были созданы стабильно трансфецированные клеточные линии
Данные для линии Tera 1:
=> первый известныйпример чел.-сп. антисмысловойрегуляции транскрипции геновЭволюционная роль?
Полногеномный скрининг энхансорной активности чсЭРВ: из 9 элементов, близко (до 5 тпн) расположенных к точке начала транскрипции генов, четыре являются существенными модуляторами активности промоторов соответствующих генов на модели клеточных культур
Выводы:-Человек-сп. ЭРВ работают in vivo как активные промоторы и энхансоры.-Это может делать их регуляторами соседних генов, через энхансерную активность или экспрессию антисмысловых РНК.-Выявлено 6 случаев влияния чсЭРВ на экспрессию функциональных генов-Гипотеза о вовлечённости чсЭРВ в процесс видообразования человека не может быть исключена.-Тысячи других человек-специфичных мобильных элементов ожидают анализа
ИБХ
Слева направо, сверху вниз – Е.В.Гогвадзе, Д.А. Гиляров, Т.В.Чалая, К.В.Ходосевич, C.В.Устюгова,
Е.В. Ковальская, И.З.Мамедов, M.H. Lebrun, Ю.Б.Лебедев, Е.Д. Свердлов
На разных этапах работа финансировалась грантами РФФИ, Президентской программой поддержки молодых учёных, программой поддержки научных школ,
российской программой "Геном человека", Программой по молекулярной и клеточной биологии РАН, грантами INTAS, Чешской Академии наук, FEBS и EMBO