Ген Non3 необходим для формирования ядрышка у Drosophila


https://doi.org/10.18699/VJ19.481

Полный текст:


Аннотация

Ядрышко представляет собой динамичную немембранную внутриядерную органеллу, которая играет ключевую роль как в биогенезе рибосом, так и в других клеточных процессах. Нарушение функции ядрышка ассоциировано со многими заболеваниями человека, в том числе с дегенеративными патологиями нервной и сердечно-сосудистой систем, а также с образованием злокачественных опухолей. В данной работе нами впервые охарактеризована функция гена Non3 (Novel nucleolar protein 3) у плодовой мушки Drosophila melanogaster, который кодирует гомолог Brix домен-содержащего белка человека Rpf2, участвующего в процессе созревания рибосомной РНК (рРНК). С помощью метода неточной эксцизии Р-элемента мы получили набор из четырех мутаций по гену Non3. Эти мутации формируют аллельный ряд, который включает в себя как жизнеспособные, так и летальные аллели. Non3∆600 – это нуль-аллель, который несет делецию большей части гена и является ранней рецессивной леталью. Мухи генотипа Non3∆600/+ демонстрируют очень слабое уменьшение длины и толщины торакальных щетинок, но при этом развиваются нормально и фертильны. Гетероаллельные комбинации жизнеспособных мутаций гена Non3 (Non3197, Non3310 и Non3259 ) имеют укороченные и тонкие торакальные щетинки, также у них наблюдается некоторое замедление онтогенеза. Такой же паттерн нарушений был ранее описан в литературе как Minute-like фенотип, который характерен при дефектах биогенеза рибосом. Кроме того, мы обнаружили, что белок Non3 является компонентом ядрышка в клетках вентрально-мозгового ганглия личинок третьего возраста и необходим для локализации белка Fibrillarin, важного для пост-трансляционной модификации и процессинга рРНК, в этом немембранном внутриядерном субкомпартменте. Полученный нами набор генетических и биохимических инструментов, использованных в ходе данной работы для первичной характеристики гена Non3, будет полезен также для исследований функции этого гена и его белкового продукта в будущем.

Об авторах

Е. Н. Андреева
Институт молекулярной и клеточной биологии Сибирского отделения Российской академии наук.
Россия
Новосибирск.


А. А. Огиенко
Институт молекулярной и клеточной биологии Сибирского отделения Российской академии наук; Новосибирский национальный исследовательский государственный университет.
Россия
Новосибирск.


А. А. Юшкова
Институт молекулярной и клеточной биологии Сибирского отделения Российской академии наук; Новосибирский национальный исследовательский государственный университет.
Россия
Новосибирск.


Ю. В. Попова
Институт молекулярной и клеточной биологии Сибирского отделения Российской академии наук; Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук.
Россия
Новосибирск.


Г. А. Павлова
Институт молекулярной и клеточной биологии Сибирского отделения Российской академии наук.
Россия
Новосибирск.


Е. Н. Кожевникова
Институт молекулярной и клеточной биологии Сибирского отделения Российской академии наук; Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук.
Россия
Новосибирск.


А. В. Иванкин
Институт молекулярной и клеточной биологии Сибирского отделения Российской академии наук.
Россия
Новосибирск.


М.  Гатти
Институт молекулярной и клеточной биологии Сибирского отделения Российской академии наук; Институт молекулярной биологии и патологии Национального исследовательского совета и Отделение биологии и биотехнологии, Римский университет Ла Сапиенса.
Россия
Новосибирск; Рим.


А. В. Пиндюрин
Институт молекулярной и клеточной биологии Сибирского отделения Российской академии наук; Новосибирский национальный исследовательский государственный университет; Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук.
Россия
Новосибирск.


Список литературы

1. Biedka S., Micic J., Wilson D., Brown H., Diorio-Toth L., Wool- ford J.L., Jr. Hierarchical recruitment of ribosomal proteins and as-sembly factors remodels nucleolar pre-60S ribosomes. J. Cell Biol. 2018;217(7):2503-2518. DOI 10.1083/jcb.201711037.

2. Bischof J., Maeda R.K., Hediger M., Karch F., Basler K. An optimized transgenesis system for Drosophila using germ-line-specific фС31 integrases. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2007;104(9):3312-3317. DOI 10.1073/pnas.06115nm4.

3. Bonaccorsi S., Giansanti M.G., Gatti M. Spindle assembly in Dro-sophila neuroblasts and ganglion mother cells. Nat. Cell Biol. 2000; 2(1):54-56. DOI 10.1038/71378.

4. Chalkley G.E., Verrijzer C.P. Immuno-depletion and purification strate¬gies to study chromatin-remodeling factors in vitro. Methods En- zymol. 2004;377:421-442. DOI 10.1016/S0076-6879(03)77028-1.

5. Cui Z., DiMario P.J. RNAi knockdown of Nopp140 induces Minute-like phenotypes in Drosophila. Mol. Biol. Cell. 2007;18(6):2179- 2191. DOI 10.1091/mbc.e07-01-0074.

6. Draptchinskaia N., Gustavsson P., Andersson B., Pettersson M., Wil- lig T.N., Dianzani I., Ball S., Tchernia G., Klar J., Matsson H., Tentler D., Mohandas N., Carlsson B., Dahl N. The gene encoding ribosomal protein S19 is mutated in Diamond-Blackfan anaemia. Nat. Genet. 1999;21(2):169-175. DOI 10.1038/5951.

7. Farley-Barnes K.I., McCann K.L., Ogawa L.M., Merkel J., Surov- tseva Y.V., Baserga S.J. Diverse regulators of human ribosome bio¬genesis discovered by changes in nucleolar number. Cell Rep. 2018; 22(7):1923-1934. DOI 10.1016/j.celrep.2018.01.056.

8. Fisher E.M.C., Beer-Romero P, Brown L.G., Ridley A., McNeil J.A., Lawrence J.B., Willard H.F., Bieber F.R., Page D.C. Homologous ribosomal protein genes on the human X and Y chromosomes: escape from X inactivation and possible implications for Turner syndrome. Cell. 1990;63(6):1205-1218.

9. Genuth N.R., Barna M. The discovery of ribosome heterogeneity and its implications for gene regulation and organismal life. Mol. Cell. 2018;71(3):364-374. DOI 10.1016/j.molcel.2018.07.018.

10. Goudarzi K.M., Lindstrom M.S. Role of ribosomal protein mutations in tumor development. Int. J. Oncol. 2016;48(4):1313-1324. DOI 10.3892/ijo.2016.3387.

11. Gramates L.S., Marygold S.J., Santos G.D., Urbano J.M., Antonazzo G., Matthews B.B., Rey A.J., Tabone C.J., Crosby M.A., Emmert D.B., Falls K., Goodman J.L., Hu Y., Ponting L., Schroeder A.J., Stre¬lets V.B., Thurmond J., Zhou P., the FlyBase Consortium. FlyBase at 25: looking to the future. Nucleic Acids Res. 2017;45(D1):D663- D671. DOI 10.1093/nar/gkw1016.

12. Gupta V, Warner J.R. Ribosome-omics of the human ribosome. RNA. 2014;20(7):1004-1013. DOI 10.1261/rna.043653.113.

13. Henras A.K., Plisson-Chastang C., O’Donohue M.F., Chakraborty A., Gleizes P.E. An overview of pre-ribosomal RNA processing in eukaryotes. Wiley Interdiscip. Rev. RNA. 2015;6(2):225-242. DOI 10.1002/wrna.1269.

14. Hoskins R.A., Carlson J.W., Wan K.H., Park S., Mendez I., Galle S.E., Booth B.W., Pfeiffer B.D., George R.A., Svirskas R., Krzywinski M., Schein J., Accardo M.C., Damia E., Messina G., Mendez-Lago M., de Pablos B., Demakova O.V., Andreyeva E.N., Boldyreva L.V., Marra M., Carvalho A.B., Dimitri P., Villasante A., Zhimulev I.F., Rubin G.M., Karpen G.H., Celniker S.E. The Release 6 reference sequence of the Drosophila melanogaster genome. Genome Res. 2015;25(3):445-458. DOI 10.1101/gr.185579.114.

15. Huang W., Massouras A., Inoue Y., Peiffer J., Ramia M., Tarone A.M., Turlapati L., Zichner T., Zhu D., Lyman R.F., Magwire M.M., Blankenburg K., Carbone M.A., Chang K., Ellis L.L., Fernan¬dez S., Han Y., Highnam G., Hjelmen C.E., Jack J.R., Javaid M., Jayaseelan J., Kalra D., Lee S., Lewis L., Munidasa M., Ongeri F., Patel S., Perales L., Perez A., Pu L., Rollmann S.M., Ruth R., Saa- da N., Warner C., Williams A., Wu Y.Q., Yamamoto A., Zhang Y., Zhu Y., Anholt R.R., Korbel J.O., Mittelman D., Muzny D.M., Gibbs R.A., Barbadilla A., Johnston J.S., Stone E.A., Richards S., Deplancke B., Mackay T.F.C. Natural variation in genome architec¬ture among 205 Drosophila melanogaster Genetic Reference Panel lines. Genome Res. 2014;24(7):1193-1208. DOI 10.1101/gr.171546. 113.

16. Kearse M.G., Chen A.S., Ware V.C. Expression of ribosomal protein L22e family members in Drosophila melanogaster: rpL22-like is differentially expressed and alternatively spliced. Nucleic Acids Res. 2011;39(7):2701-2716. DOI 10.1093/nar/gkq1218.

17. Kongsuwan K., Yu Q., Vincent A., Frisardi M.C., Rosbash M., Len- gyel J.A., Merriam J. A Drosophila Minute gene encodes a ribo-somal protein. Nature. 1985;317(6037):555-558.

18. Kressler D., Hurt E., Bafiler J. A puzzle of life: crafting ribosomal sub¬units. Trends Biochem. Sci. 2017;42(8):640-654. DOI 10.1016/j. tibs.2017.05.005.

19. Lopes A.M., Miguel R.N., Sargent C.A., Ellis P.J., Amorim A., Af- fara N.A. The human RPS4 paralogue on Yq11.223 encodes a structurally conserved ribosomal protein and is preferentially ex-pressed during spermatogenesis. BMC Mol. Biol. 2010;11:33. DOI 10.1186/1471-2199-11-33.

20. Mackay T.F., Richards S., Stone E.A., Barbadilla A., Ayroles J.F., Zhu D., Casillas S., Han Y., Magwire M.M., Cridland J.M., Richard¬son M.F., Anholt R.R., Barron M., Bess C., Blankenburg K.P., Carbone M.A., Castellano D., Chaboub L., Duncan L., Harris Z., Javaid M., Jayaseelan J.C., Jhangiani S.N., Jordan K.W., Lara F., Lawrence F., Lee S.L., Librado P, Linheiro R.S., Lyman R.F., Mac¬key A.J., Munidasa M., Muzny D.M., Nazareth L., Newsham I., Pe¬rales L., Pu L.L., Qu C., Ramia M., Reid J.G., Rollmann S.M., Ro¬zas J., Saada N., Turlapati L., Worley K.C., Wu Y.Q., Yamamoto A., Zhu Y., Bergman C.M., Thornton K.R., Mittelman D., Gibbs R.A. The Drosophila melanogaster Genetic Reference Panel. Nature. 2012;482(7384):173-178. DOI 10.1038/nature10811.

21. Markstein M., Pitsouli C., Villalta C., Celniker S.E., Perrimon N. Ex-ploiting position effects and the gypsy retrovirus insulator to engineer precisely expressed transgenes. Nat. Genet. 2008;40(4):476- 483. DOI 10.1038/ng.101.

22. Marygold S.J., Coelho C.M.A., Leevers S.J. Genetic analysis of RpL38 and RpL5, two Minute genes located in the centric hetero-chromatin of chromosome 2 of Drosophila melanogaster. Genetics. 2005;169(2):683-695. DOI 10.1534/genetics.104.034124.

23. Marygold S.J., Roote J., Reuter G., Lambertsson A., Ashburner M., Millburn G.H., Harrison P.M., Yu Z., Kenmochi N., Kaufman T.C., Leevers S.J., Cook K.R. The ribosomal protein genes and Minute loci of Drosophila melanogaster. Genome Biol. 2007;8(10):R216. DOI 10.1186/gb-2007-8-10-r216.

24. Mills E.W., Green R. Ribosomopathies: there’s strength in numbers. Science. 2017;358(6363):eaan2755. DOI 10.1126/science.aan2755.

25. Morata G., Ripoll P. Minutes: mutants of Drosophila autonomously affecting cell division rate. Dev. Biol. 1975;42(2):211-221.

26. Moutinho-Pereira S., Stuurman N., Afonso O., Hornsveld M., Aguiar P., Goshima G., Vale R.D., Maiato H. Genes involved in centrosome- independent mitotic spindle assembly in Drosophila S2 cells. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2013;110(49):19808-19813. DOI 10.1073/ pnas.1320013110.

27. Narla A., Ebert B.L. Ribosomopathies: human disorders of ribo¬some dysfunction. Blood. 2010;115(16):3196-3205. DOI 10.1182/ blood-2009-10-178129.

28. Neumuller R.A., Gross T., Samsonova A.A., Vinayagam A., Buck¬ner M., Founk K., Hu Y., Sharifpoor S., Rosebrock A.P., Andrews B., Winston F., Perrimon N. Conserved regulators of nucleolar size re¬vealed by global phenotypic analyses. Sci. Signal. 2013;6(289):ra70. DOI 10.1126/scisignal.2004145.

29. NMez Villacis L., Wong M.S., Ferguson L.L., Hein N., George A.J., Hannan K.M. New roles for the nucleolus in health and disease. BioEssays. 2018;40(5):e1700233. DOI 10.1002/bies.201700233.

30. O’Brochta D.A., Gomez S.P., Handler A.M. P element excision in Dro¬sophila melanogaster and related drosophilids. Mol. Gen. Genet. 1991;225(3):387-394.

31. Ogienko A.A., Yarinich L.A., Fedorova E.V., Lebedev M.O., Andrey-eva E.N., Pindyurin A.V., Baricheva E.M. New slbo-Gal4 driver lines for the analysis of border cell migration during Drosophi¬la oogenesis. Chromosoma. 2018;127(4):475-487. DOI 10.1007/ s00412-018-0676-7.

32. Olson M.O.J. Sensing cellular stress: another new function for the nucleolus? Sci. STKE. 2004;2004(224):pe10. DOI 10.1126/stke. 2242004pe10.

33. Pederson T. The plurifunctional nucleolus. Nucleic Acids Res. 1998; 26(17):3871-3876.

34. Robertson H.M., Preston C.R., Phillis R.W., Johnson-Schlitz D.M., Benz W.K., Engels W.R. A stable genomic source ofP element trans- posase in Drosophilamelanogaster. Genetics. 1988;118(3):461-470.

35. Rodriguez-Corona U., Sobol M., Rodriguez-Zapata L.C., Hozak P., Castano E. Fibrillarin from Archaea to human. Biol. Cell. 2015; 107(6):159-174. DOI 10.1111/boc.201400077.

36. Shi Z., Barna M. Translating the genome in time and space: spe-cialized ribosomes, RNA regulons, and RNA-binding proteins. Annu. Rev. Cell Dev. Biol. 2015;31:31-54. DOI 10.1146/annurev- cellbio-100814-125346.

37. Somma M.P., Ceprani F., Bucciarelli E., Naim V., De Arcangelis V., Piergentili R., Palena A., Ciapponi L., Giansanti M.G., Pellacani C., Petrucci R., Cenci G., Verni F., Fasulo B., Goldberg M.L., Di Cun- to F., Gatti M. Identification of Drosophila mitotic genes by com-bining co-expression analysis and RNA interference. PLoS Genet. 2008;4(7):e1000126. DOI 10.1371/journal.pgen.1000126.

38. Somma M.P., Fasulo B., Cenci G., Cundari E., Gatti M. Molecular dissection of cytokinesis by RNA interference in Drosophila cultured cells. Mol. Biol. Cell. 2002;13(7):2448-2460. DOI 10.1091/mbc.01- 12-0589.

39. Stage D.E., Eickbush T.H. Sequence variation within the rRNA gene loci of 12 Drosophila species. Genome Res. 2007;17(12):1888- 1897. DOI 10.1101/gr.6376807.

40. Strunov A., Boldyreva L.V., Pavlova G.A., Pindyurin A.V., Gatti M., Kiseleva E. A simple and effective method for ultrastructural analy¬sis of mitosis in Drosophila S2 cells. MethodsX. 2016;3:551-559. DOI 10.1016/j.mex.2016.10.003.

41. Tavares A.A.M., Glover D.M., Sunkel C.E. The conserved mitotic ki-nase polo is regulated by phosphorylation and has preferred microtubule-associated substrates in Drosophila embryo extracts. EMBO J. 1996;15(18):4873-4883.

42. Tutuncuoglu B., Jakovljevic J., Wu S., Gao N., Woolford J.L., Jr. The N-terminal extension of yeast ribosomal protein L8 is involved in two major remodeling events during late nuclear stages of 60S ri- bosomal subunit assembly. RNA. 2016;22(9):1386-1399. DOI 10.1261/rna.055798.115.

43. van Nues R.W., Watkins N.J. Unusual C'/D' motifs enable box C/D snoRNPs to modify multiple sites in the same rRNA target region. Nucleic Acids Res. 2017;45(4):2016-2028.

44. Wehner K.A., Baserga S.J. The o70-like motif: a eukaryotic RNA binding domain unique to a superfamily of proteins required for ribosome biogenesis. Mol. Cell. 2002;9(2):329-339. DOI 10.1016/ S1097-2765(02)00438-0.

45. Xue S., Barna M. Specialized ribosomes: a new frontier in gene regula¬tion and organismal biology. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2012;13(6): 355-369. DOI 10.1038/nrm3359.

46. Yang X., Mao F., Lv X., Zhang Z., Fu L., Lu Y., Wu W., Zhou Z., Zhang L., Zhao Y. Drosophila Vps36 regulates Smo trafficking in Hedgehog signaling. J. Cell Sci. 2013;126(Pt.18):4230-4238. DOI 10.1242/jcs.128603.

47. Zhang J., Harnpicharnchai P., Jakovljevic J., Tang L., Guo Y., Oeffin- ger M., Rout M.P., Hiley S.L., Hughes T., Woolford J.L., Jr. Assembly factors Rpf2 and Rrs1 recruit 5S rRNA and ribosomal proteins rpL5 and rpL11 into nascent ribosomes. Genes Dev. 2007;21(20):2580- 2592. DOI 10.1101/gad.1569307.


Дополнительные файлы

Просмотров: 49

Обратные ссылки

  • Обратные ссылки не определены.


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2500-0462 (Print)
ISSN 2500-3259 (Online)