Сравнительный анализ активности ретроэлементов в нормальных и опухолевых тканях человека

• Автор: Леппик, Людмила Паульевна
• Шифр специальности: 03.00.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 130 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
Около генома человека составляют повторяющиеся элементы, представленные в основном рстроэлсмситамн далее РЭ, такими как короткие диспергированные повторы I , I, длинные диспергированные повторы I , I и производными эндогенных ретровирусов vi, V, содержащими длинные концевые повторы i , , в то время как последовательности, кодирующие белки, составляют менее 5 генома 1,2.
Часть повторяющихся элементов генома экспрессионно активна. Большое число повторяющихся элементов могут образовывать собственные транскрипты, которые участвуют в функционировании клетки. Ретроэлемепты могут образовывать некодирующие РНК, потенциально способные принимать участие в регуляции генной активности, например при посттранскрипциониом сплайсинге генов или участвуя в подавлении экспрессии транспозонов и других повторяющихся элементов . РНК, содержащие элементы, составляют 5 от известных мРНК 6. В 5 и 3 многих генных транскрнптов присутствуют последовательности ретроэле.ментов. Особенно богаты последовательностями РЭ транскрипты эволюционно молодых классов генов, таких как гены иммунного ответа или ответа на воздействия внешних факторов 7.
Перемещаясь, РЭ существенно влияют па структуру генетического материала хозяина и имеют фундаментальное значение в формировании генетической изменчивости. Считают, что причиной возникновения спонтанных мутаций может являться транспозиционная активность подвижных элементов генома 8. Являясь причиной инсерциоииого мутагенеза, РЭ могут, как изменять последовательность гена,
так и изменять его транскрипционную активность, влиять на тканеспецифичиость и уровень экспрессии гена. Для некоторых ретроэлементов показано, что они могут быть промоторами и терминаторами транскрипции близлежащих клеточных генов, участвовать в альтернативном сплайсинге, предполагают участие РЭ в ремоделировании хроматина и других процессах 5, 9, .
Методами блот гибридизации и было показано, что активность РЭ может изменяться в зависимости от внешних условий и состояния клетки . Показано увеличение количества транскриптов в клетках при стрессовых условиях И. Другим хорошо известным примером является изменение картины экспрессии эндогенных ретровирусов и I1 элементов в процессе опухолевой трансформации , . Все эти данные свидетельствуют о том, что, по крайней мере, некоторые ретроэлементы в процессе эволюции сохранили свой биологический потенциал, но не дают возможности ответить на вопрос, каковы функции РЭ в геноме человека. Остается неясным, какие факторы участвуют в регуляции активности ретроэлементов, сколько и какие элементы подвергаются этой регуляции, как и за счет чего при изменениях внешних условий и клеточного состояния изменяется транскрипционная активность индивидуальных РЭ.
Существует большое число работ, исследующих роль повторяющихся элементов в функционировании клетки, но все они сфокусированы на активности отдельных представителей рстроэлсмситов 5, 9, . На сегодняшний день не проводили полногеномных исследований транскрнпционно активных ретроэлементов и исследований изменения их активности в различных нормальных и опухолевых тканях, так как не существует метода для исследования всего пула РНК, содержащих
определенный класс повторяющихся элементов, и позволяющего сравнивать спектры РНК в различных типах клеток и тканей.
В данной работе мы разработали методы, которые могут быть полезны для выяснения вклада активности РЭ в функционирование генома хозяина, и использовали их для полногеномного анализа функциональной активности НЕКУ и ЬГЫЕ элементов и ее изменений при переходе от нормальных тканей к опухолевым.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ


Они могут выступать в роли инссрциопных мутагенов и активировать или инактивировать клеточные гены, могут являться причиной хромосомных аберраций благодаря рекомбинациям между похожими элементами, расположенными в разных хромосомных локусах. Продукты ретровирусных генов могут быть патогенными сами по себе и участвовать в развитии опухолей и аутоиммунных заболеваний. Поэтому исследование ретроэлементов, характера их распространения по геномам различных организмов является важным и необходимым для изучения функционирования геномов в целом и механизмов их эволюции. Вес ретроэлсмснты принято разделять на две большие подгруппы в зависимости от наличия или отсутствия в их составе последовательностей, кодирующих необходимые для ретротранспозиции белки . Первая группа неавтономные ретротранспозоны не кодирует белков необходимых для ретротранспозиции и использует в основном чужую обратную транскриптазу v i, . К этой группе относятся прежде всего псевдогены, которые являются примером достаточно редкой обратной транскрипции и последующей реинтеграции в геном некоторых видов клеточной РНК 5. Псевдогены, как правило, лишены собственного промотора и поэтому транскрипцнонно не активны. Псевдогены, которые какимлибо образом приобрели промотор и поэтому транскрипцнонно активны, получили название ретрогенов. К этой же категории можно отнести и короткие диспергированные повторы I I i . Повторы I короткие 0 0 п. III и не кодируют белки. Промоторные области всех I происходят из последовательностей , за исключением одного семейства, происходящего из сигнальной распознающей частицы 7. Наиболее широко распространенным в геноме человека семейством I является семейство . Считается, что элементы перемещаются по геному при помощи транспозиционного механизма I. В геноме человека около I млн. Наиболее распространенными в геноме человека представителями первого подкласса являются эндогенные ретровирусы vi, V, составляющие около 8 генома человека. I I , I, которые составляют около генома, и число копий которых около 2. В этом обзоре будут рассмотрены строение и функции автономно реплицирующихся ретроэлементов генома человека I элементов и эндогенных ретровирусов человека. I элементы. Примерно геномной ДНК человека составляют нуклеотидные последовательности I элементов. По данным филогенетического анализа I образовались миллионов лет назад . Эти ретроэлементы подразделяются на 3 класса I1, I2, I3. Представители I1 1 составляют . Структура н классификации 1 элементов. Полноразмерный 1 имеет длину более п. I и II, 3 нетранелнруемую область 3 , которая включает сигнал полиаденилирования ААТААА и полиАпоследовательность . I кодирует кДа белок, который связывает I и формирует цитоплазматические рибоиуклеопротеиновые частицы . II кодирует 0 кДа белок, обладающий эндонуклеазной и ревертазной активностями ,. В геноме человека найдено около 6 тыс. Вероятно, образование укороченных копий 1 связано с низкой процессивностью обратной транскриптазы 1, которая часто не может копировать полноразмерную РНК. Возможно и другое объяснение конкуренция клеточной РНКазы Н с обратной транскриптазой 1, которая не успевает синтезировать полноразмерную кДНК копию ретроэлемента. Классификация 1 ретроэлементов основывается на множественном выравнивании последовательностей Зконцевой части II, как наиболее консервативной части элемента, и 3 , как наиболее вариабельной части 1 . В современной классификации используют следующую номенклатуру первая буква и цифра 1 указывает на название типа ретроэлементов I1 следующая заглавная буква обозначает таксон организмов, в геномах которых встречаются элементы данного семейства Р i и М i. Заглавная буква в четвертой позиции определяет дальнейшее разделение семейства на подсемейства на основе анализа 3 . Группы внутри каждого из подсемейств нумеруются арабскими цифрами, начиная от самой молодой группы внутри семейства. Например, внутри подсемейства 1 группа или I ii отличается от следующей диагностическими заменами в 3 иетранелнруемой области . Распределение 1 по геному человека 1 элементы были обнаружены на всех хромосомах, однако наибольшее их количество было обнаружено на X хромосоме .