타임리스 (제네)

Timeless (gene)
시대를 초월한
식별자
유기체D. 멜라노가스터
기호팀
엔트레스33571
RefSeq(mRNA)NM_164542
RefSeq(프로토콜)NP_722914
유니프로트P49021
기타자료
염색체2L: 3.49 - 3.51Mb

타임리스(Tim)는 여러 종에서 유전자로 분류되지만, 드로소필라에서 순환 리듬을 조절하는 필수 단백질인 TIM을 인코딩하는 역할로 가장 눈에 띈다.시간 없는 mRNA와 단백질은 시대별 유전자와 그 단백질을 포함하는 전사-번역 음성 피드백 루프의 일부로서 시간에 따라 리드미컬하게 진동한다.

디스커버리

1994년 제프리 L. 프라이스가 마이클 W. 영의 연구실에서 일하면서 수행한 전진 유전자 검사를 통해 시대를 초월한 존재가 발견되었다.[1]이 유전자는 그들이 P요소 화면을 통해 부정맥 시간01 돌연변이를 발견했을 때 발견되었다.[2][3]팀01 돌연변이는 적절한 순환 리듬을 확립할 수 있는 능력 부족으로 정의되는 부정맥 행동을 야기했다.[1]1995년 아미타 세갈(Amita Sehgal)과 마이클 W. Young(Michael W. Young)의 연구실에서 파트너들에 의해 시대를 초월한 유전자가 복제되었다.[4]드로소필라 시대를 초월한 유전자와는 달리, 동음이의어는 순환 리듬에 필수적이지 않은 다른 종에서 발견되었다.[5]이 발견은 1971년 전방 유전자 검사를 통해 돌연변이가 발견된 이후, 1984년 복제, 1990년 실험에서 각 돌연변이가 순환적으로 존재한다는 사실을 밝혀냈다.이것은 1990년대 연대기 생물학 분야에서 급속도로 팽창하는 시기에 일어났다.

구조

타임리스, 엔터미네랄
식별자
기호타임리스
PfamPF04821
인터프로IPR006906

드로소필라 시대를 초월한 유전자의 코딩 부위의 길이는 4029개의 염기쌍이며, 여기서부터 1398개의 아미노산 단백질이 전사된다.[6]이 유전자는 메티오닌 코돈 상류에서 콘센서스 캡 부위에서 시작된다.그것은 11개의 엑손과 10개의 인트론을 포함하고 있다.다양한 드로소필라 종에서, 시대를 초월한 TIM 단백질은 상대적인 PER(Per에 의해 인코딩된 단백질)보다 보존도가 높은 기능영역과 아미노산 염기서열을 포함하고 있다.CLD는 D.Virilis와 D. 멜라노가스터 사이에 있는 이 지역들 중에서 가장 적게 보존되었다.[6]보존된 부품에는 PER 상호작용 영역, 핵 국산화 신호(NLS), 세포질 국산화 도메인(CLD), N-단자 끝(비기능적), C-단자 끝이 포함된다.[6]TIM은 또한 PER 단백질의 PAS 영역과 상호 작용하는 기본 영역과 중심 산성 영역이 있는 것으로 알려져 있다.또한 TIM 단백질의 N-terminus 부근에는 32개의 아미노산 염기서열을 함유하고 있어 삭제하면 즉석에서 부정맥 행동을 일으킨다.D. virilis와 D. melanogaster와 같은 여러 종의 드로소필라에서, 시대를 초월한 유전자를 TIM으로 변환하기 위한 시작 메티오닌은 D. melanogaster에서 시작 부위의 하류에 있는 D. virilis 시작 부위와 함께 다른 장소에 있다.[6]

시대를 초월한 호몰로지스

타임아웃
식별자
유기체드로소필라 멜라노가스터
기호tim-2
유니프로트Q8INh7
시간 초과, C-단자(PAB)
4XHT asyr r 250.jpg
휴먼 TIMEless PAB
식별자
기호TIMELISS_C
PfamPF05029
인터프로IPR006906

드로소필라 호몰로지

시대를 초월한 유전자는 드로소필라에서 분자순환시계의 필수 성분이다.[3]마이클 W. 영과 아미타 세갈의 연구실에서 수행한 협업 연구에서 언급된 바와 같이 기간(당) 유전자 제품과 연계하여 자동 관측 피드백 루프의 일부로 작용한다.[7]영, 세갈, 찰스 웨이츠, 마이클 로스바시 연구소에 의한 추가 연구는 시간이 없는 단백질과 주기 단백질(PER)이 드로소필라 야생형에서 순환 리듬을 나타내는 이단체를 형성한다는 것을 보여주었다.[8][9]로스바시 연구소의 연구원들은 또한 팀 mRNA 수치와 TIM 단백질 수치가 그 시대 (당) mRNA와 그 제품의 그것과 유사한 순환 리듬을 가지고 있다는 것을 보여주었다.[8][10][11]위츠, 영, 세갈 연구소가 효모 2-하이브리드를 사용하여 공동으로 수행한 실험은 TIM이 PER과 직접 결합한다는 것을 증명했다.[12]초저녁에는 PER과 TIM이 조광하여 축적한다.늦은 밤, 조광기는 핵으로 이동하여 각 및 팀 전사를 억제한다.1996년, Sehgal, Edery, Young의 팀은 빛에 노출되면 TIM이 저하되고 결과적으로 PER이 저하된다는 것을 발견했다.[1][11][13]

PER/TIM 헤테로디머는 기간(당) 및 시간(시간) 없는 유전자의 전사를 부정적으로 조절한다.이 음의 피드백 루프 내에서 먼저 PER/TIM 이질체들은 세포질에서 형성되어 축적된 다음 핵으로 변환된다.[14]그런 다음 이 콤플렉스는 양의 전사 인자 클럭(CLK)과 사이클(CYC)을 차단하여 per의 전사를 억제한다.

서커디언 클럭의 일부로서, 밝은 어둠(LD) 사이클의 인큐테인먼트에는 시대를 초월한 것이 필수적이다.드로소필라의 대표적인 자유주행 기간은 23.9시간으로 24시간 환경주기에 적응해야 한다.[15]적응은 먼저 빛에 노출되는 것으로 시작된다.이 과정은 TIM 단백질의 급속한 저하를 초래하여 유기체가 새벽부터 환경 순환까지 침투할 수 있게 한다.[16]

드로소필라의 체외 시계

밝은 어두운 주기에서, TIM 단백질 수치는 늦은 밤/ 이른 아침에 급격히 감소하고, PER 단백질 수치의 유사하지만 더 점진적인 변화가 뒤따른다.TIM 분해는 per 및 그 단백질과 무관하며 PER/TIM 복합체에서 PER을 방출한다.[8]일부 세포 유형에서 광수용체 단백질 크립토크롬(CHY)은 물리적으로 TIM과 연관되어 빛에 의존하는 열화를 조절하는데 도움을 준다.CRY는 파란색 빛에 의해 활성화되며, 이것은 TIM에 결합되어 열화를 위해 태그를 지정한다.[17]이로써 CLK/CYC 매개 유전자 및 팀 유전자에 대한 PER/TIM 억제가 종료되어, Per 및 Tim mRNA가 생성되어 사이클을 다시 시작할 수 있게 된다.[8]

이 메커니즘은 파리를 환경 조명 신호에 끌어들이는 것을 허용한다.드로소필라가 주관적인 이른 밤에 빛 입력을 받으면 빛에 의한 TIM 저하가 TIM 축적을 지연시켜 위상 지연을 일으킨다.[17]주관적인 늦은 밤에 빛 입력이 수신되면, 가벼운 펄스는 정상 조건보다 일찍 TIM 저하를 일으켜 위상 진전으로 이어진다.[17]

드로소필라에서는 PER/TIM 콤플렉스로부터 음의 조절기 PER이 결국 카제인 키나제 매개 인산염 주기에 의해 분해되어 환경 단서에 따른 유전자 발현 변동을 허용한다.이 단백질들은 행동 리듬에 필요한 전사 계수 VRIL(Vorgement Factor VRIE)의 진동 발현과 per 및 tim 발현, PDF(pigment-dispers) 축적을 매개한다.[16]

그릴루스 바이마쿨라투스 (두 점 크리켓) 호몰로지

시간 없는 것은 모든 곤충의 순환 시계의 진동에서 필수적인 것으로 보이지 않는다.야생형 Gryllus bimaculatus에서 tim mRNA는 주관적인 밤 동안 정점을 이루는 per와 유사한 LD와 DD 둘 다에서 리듬 있는 표현을 보여준다.tim 이중 가닥 RNA(dstim)를 주사했을 때 tim mRNA 수치가 현저히 낮아지고 그 순환기적 표현 리듬이 없어졌다.그러나 dstim 치료 후 성인 귀뚜라미는 지속적인 어둠 속에서 뚜렷한 기관차 리듬을 보였으며, 디스코소마 sp를 주입한 대조 귀뚜라미의 그것보다 자유 주행 기간이 현저히 짧았다.Red2 (DsRed2) dsRNA.이러한 결과는 크리켓에서 팀이 자유 주행 기간의 미세 조정에는 어느 정도 역할을 하지만, 순환 시계의 진동에는 필수적이지 않을 수 있음을 시사한다.[5]

포유동물의 호몰로지

1998년, 연구원들은 쥐의 호몰로고와 인간 호몰로게이션이 없는 드로소필라 유전자를 확인했다.[18]포유류에서 TIM의 정확한 역할은 아직 불분명하다.쥐를 대상으로 한 포유류 무시간(mTim)에 대한 최근 연구는 이 유전자가 드로소필라에서와 마찬가지로 포유류에서 중요한 역할을 하지 못할 수도 있다는 것을 시사했다.[19]Tim은 인간의 1차 발진체로 생각되는 수프라치즘핵(SCN)에서 표현되는 반면, 그 전사는 일정한 조건에서 리드미컬하게 진동하지 않으며, TIM 단백질은 핵에 남아 있다.[19][20]

포유류 서커스 시계

그러나 mTim은 쥐의 배아발달에 필요한 것으로 나타나 드로소필라와는 다른 유전자 기능을 나타낸다.이것은 포유류 시계와 드로소필라 시계 사이의 차이를 암시한다.[19]더욱이 포유류 팀은 실제 유전자 자체보다 드로소필라 티무스 유전자의 팀-2(타임아웃) 파라로그에 더 직교적이다.[21]팀-2와 마찬가지로 맘랄어 맞춤법에는 C-단자 PARP1-binding(PAB) 도메인이 있다.그것들로부터 나온 콤플렉스는 동질 재조합 DNA 수리를 촉진한다.[22]

시대를 초월한 단백질은 포유류에서 세포주기와 순환 리듬을 직접 연결시켜주는 것으로 생각된다.이 모델에서."직접 결합"이라고 불리는 [23]두 사이클은 주요 단백질을 공유하며, 그 표현은 순환 패턴을 보인다.드로소필라에서 팀의 필수적인 역할은 포유류에서 크라이에 의해 이루어진다.포유류에서 크라이와 퍼 전사는 CLACK/BMAL1 복합체에 의해 활성화되고, PER/CHY 복합체에 의해 억제된다.[24]

인간

시대를 초월한 호몰로지(인간)
식별자
기호타임리스
Alt. 기호httim
엔씨비유전자8914
HGNC11813
오밈603887
RefSeqNM_003920
유니프로트Q9UNS1
기타자료
로커스12번 씨 Q12-Q13

인간 무시간 단백질(hTIM)은 신체의 모든 조직별 순환 리듬을 지배하는 주요 시계인 초거대성핵(SCN)에 의한 전기 진동 출력에 필요한 것으로 나타났다.[25]이 단백질은 또한 클록, BMAL, PER1, PER2, PER3의 주요 유전자와 상호작용한다.

산카르와 동료들은 hTIM이 세포주기에 중요한 역할을 하는 것으로 알려진 선충류나 효모 종류에서 정형외과와 비슷한 역할을 했는지 조사했다.[23]그들의 실험은 hTIM이 G2/M과 S내 세포 주기 체크포인트에서 필수적인 역할을 한다는 것을 시사했다.[23]G2/M 체크포인트와 관련하여 hTIM은 DNA 손상에 민감한 단백질 키나제인 ATR의 ATRIP 하위 장치에 바인딩된다.hTIM과 ATR 사이의 이러한 결합은 Chk1의 인산화 작용으로 이어져 세포주기가 정지하거나 사멸하게 된다.[23]이 과정은 유사 분열에 앞서 DNA 손상으로 세포의 확산을 막는 중요한 통제장치로 작용한다.분자 수준에서는 HTIM의 역할이 명확하지 않지만, HTIM의 하위 규제는 DNA 손상 및 기타 규제 대응의 경우에도 복제 포크 생성 비율을 증가시킨다.[23]

현재 연구

타임리스 유전자는 또한 인간의 질병 발달에 영향을 미치는 것으로 밝혀졌다.인간 암세포의 무시간 유전자의 하향 조절은 텔로미어의 단축으로 이어져 텔로미어 길이 유지에 있어 그것의 역할을 나타낸다.텔로미어 관련 DNA 손상도 텔로미어 복제 지연과 함께 시간 없이 고갈된 세포에서 증가한다.swi1은 텔로미어 지역에서 DNA 복제에 필요한 시간 없는 관련 단백질이다.[26]시대를 초월하는 것과 말단소립 사이의 이러한 연관성은 그 유전자가 암과 연관될 수 있음을 나타낸다.[27]

인간 시대를 초월한 유전자의 아미노산 순서에서 글루타민을 아르기닌으로 변형시키는 단일 뉴클레오티드 폴리모르피즘 치환법은 인간의 아침성이나 저녁성향과 아무런 연관성을 보이지 않는다.[28]이것은 인간의 순환 리듬에서 htim은 중요하지 않다는 것을 암시하는 다른 연구와 일치한다.

Timeless는 현재 많은 다른 종양 유형에서 과다압박된 것으로 자주 발견된다.Timeless-targeting siRNA olgos를 사용한 연구에서는 네트워크 분석뿐만 아니라 전체 유전자 표현 마이크로어레이가 뒤따랐다.자궁경부 및 유방암 세포 라인의 세포증식률에 대한 Timeless down-control의 추가 시험.타임리스의 높아진 표현은 종양 단계가 더 진전되고 유방암 예후가 더 좋지 않은 것과 상당히 관련이 있는 것으로 밝혀졌다.[29]유전자 발현 서명의 유사성으로 인해 TIMELASE는 Ras-1의 키나세 억제기(KSR1)와 유사하며 암세포 생존에 필요한 잠재적 목표물로 식별될 수 있었다.TIMEless overxpression은 Ras 주도 암에서 발견되는 새로운 목표와 선택적 목표물에 대한 잠재적 통찰력을 제공하는 Ras 주도 종양의 취약성을 나타내며, 선택적이고 더 효과적인 치료법을 개발하기 위해 활용할 수 있다.[30]

참고 항목

참조

  1. ^ a b c Panda S, Hogenesch JB, Kay SA (May 2002). "Circadian rhythms from flies to human". Nature. 417 (6886): 329–35. doi:10.1038/417329a. PMID 12015613. S2CID 4410192.
  2. ^ Lin L, Faraco J, Li R, Kadotani H, Rogers W, Lin X, Qiu X, de Jong PJ, Nishino S, Mignot E (August 1999). "The sleep disorder canine narcolepsy is caused by a mutation in the hypocretin (orexin) receptor 2 gene". Cell. 98 (3): 365–76. doi:10.1016/S0092-8674(00)81965-0. PMID 10458611. S2CID 902666.
  3. ^ a b Sehgal A, Price JL, Man B, Young MW (March 1994). "Loss of circadian behavioral rhythms and per RNA oscillations in the Drosophila mutant timeless". Science. 263 (5153): 1603–6. doi:10.1126/science.8128246. PMID 8128246.
  4. ^ Myers MP, Wager-Smith K, Wesley CS, Young MW, Sehgal A (November 1995). "Positional cloning and sequence analysis of the Drosophila clock gene, timeless". Science. 270 (5237): 805–8. doi:10.1126/science.270.5237.805. PMID 7481771. S2CID 3211623.
  5. ^ a b Danbara Y, Sakamoto T, Uryu O, Tomioka K (Dec 2010). "RNA interference of timeless gene does not disrupt circadian locomotor rhythms in the cricket Gryllus bimaculatus". Journal of Insect Physiology. 56 (12): 1738–1745. doi:10.1016/j.jinsphys.2010.07.002. PMID 20637213.
  6. ^ a b c d Ousley A, Zafarullah K, Chen Y, Emerson M, Hickman L, Sehgal A (Feb 1998). "Conserved regions of the timeless (tim) clock gene in Drosophila analyzed through phylogenetic and functional studies". Genetics. 148 (2): 815–25. doi:10.1093/genetics/148.2.815. PMC 1459808. PMID 9504927.
  7. ^ Sehgal A, Rothenfluh-Hilfiker A, Hunter-Ensor M, Chen Y, Myers MP, Young MW (November 1995). "Rhythmic expression of timeless: a basis for promoting circadian cycles in period gene autoregulation". Science. 270 (5237): 808–10. doi:10.1126/science.270.5237.808. PMID 7481772. S2CID 38151127.
  8. ^ a b c d Zeng H, Qian Z, Myers MP, Rosbash M (March 1996). "A light-entrainment mechanism for the Drosophila circadian clock". Nature. 380 (6570): 129–35. doi:10.1038/380129a0. PMID 8600384. S2CID 239957.
  9. ^ Gekakis N, Saez L, Delahaye-Brown AM, Myers MP, Sehgal A, Young MW, Weitz CJ (November 1995). "Isolation of timeless by PER protein interaction: defective interaction between timeless protein and long-period mutant PERL". Science. 270 (5237): 811–5. doi:10.1126/science.270.5237.811. JSTOR 2888932. PMID 7481773. S2CID 39193312.
  10. ^ Hunter-Ensor M, Ousley A, Sehgal A (March 1996). "Regulation of the Drosophila protein timeless suggests a mechanism for resetting the circadian clock by light". Cell. 84 (5): 677–85. doi:10.1016/s0092-8674(00)81046-6. PMID 8625406. S2CID 15049039.
  11. ^ a b Myers MP, Wager-Smith K, Rothenfluh-Hilfiker A, Young MW (March 1996). "Light-induced degradation of TIMELESS and entrainment of the Drosophila circadian clock". Science. 271 (5256): 1736–40. doi:10.1126/science.271.5256.1736. PMID 8596937. S2CID 6811496.
  12. ^ Brody TB. "Gene name - timeless". Interactive Fly, Drosophila. Society for Developmental Biology. Retrieved 9 April 2015.
  13. ^ Lee C, Parikh V, Itsukaichi T, Bae K, Edery I (March 1996). "Resetting the Drosophila clock by photic regulation of PER and a PER-TIM complex". Science. 271 (5256): 1740–4. doi:10.1126/science.271.5256.1740. PMID 8596938. S2CID 24416627.
  14. ^ Van Gelder RN (Nov 2006). "Timeless genes and jetlag". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 103 (47): 17583–17584. doi:10.1073/pnas.0608751103. PMC 1693787. PMID 17101961.
  15. ^ Petersen G, Hall JC, Rosbash M (Dec 1988). "The period gene of Drosophila carries species-specific behavioral instructions". The EMBO Journal. 7 (12): 3939–47. doi:10.1002/j.1460-2075.1988.tb03280.x. PMC 454986. PMID 3208755.
  16. ^ a b Rothenfluh A, Young MW, Saez L (May 2000). "A TIMELESS-independent function for PERIOD proteins in the Drosophila clock". Neuron. 26 (2): 505–14. doi:10.1016/S0896-6273(00)81182-4. PMID 10839368. S2CID 18339087.
  17. ^ a b c Allada R, Chung BY (March 2010). "Circadian organization of behavior and physiology in Drosophila". Annual Review of Physiology. 72: 605–24. doi:10.1146/annurev-physiol-021909-135815. PMC 2887282. PMID 20148690.
  18. ^ Koike N, Hida A, Numano R, Hirose M, Sakaki Y, Tei H (Dec 1998). "Identification of the mammalian homologues of the Drosophila timeless gene, Timeless1". FEBS Letters. 441 (3): 427–431. doi:10.1016/S0014-5793(98)01597-X. PMID 9891984. S2CID 32212533.
  19. ^ a b c Gotter AL, Manganaro T, Weaver DR, Kolakowski LF, Possidente B, Sriram S, MacLaughlin DT, Reppert SM (Aug 2000). "A time-less function for mouse timeless". Nature Neuroscience. 3 (8): 755–756. doi:10.1038/77653. PMID 10903565. S2CID 19234588.
  20. ^ Young MW, Kay SA (Sep 2001). "Time zones: a comparative genetics of circadian clocks". Nature Reviews Genetics. 2 (9): 702–715. doi:10.1038/35088576. PMID 11533719. S2CID 13286388.
  21. ^ Benna C, Scannapieco P, Piccin A, Sandrelli F, Zordan M, Rosato E, Kyriacou CP, Valle G, Costa R (Jul 2000). "A second timeless gene in Drosophila shares greater sequence similarity with mammalian tim". Current Biology. 10 (14): R512–R513. doi:10.1016/S0960-9822(00)00594-7. PMID 10899011. S2CID 36451473.
  22. ^ Xie S, Mortusewicz O, Ma HT, Herr P, Poon RY, Poon RR, Helleday T, Qian C (October 2015). "Timeless Interacts with PARP-1 to Promote Homologous Recombination Repair". Molecular Cell. 60 (1): 163–76. doi:10.1016/j.molcel.2015.07.031. PMID 26344098.
  23. ^ a b c d e Unsal-Kaçmaz K, Mullen TE, Kaufmann WK, Sancar A (April 2005). "Coupling of human circadian and cell cycles by the timeless protein". Molecular and Cellular Biology. 25 (8): 3109–16. doi:10.1128/MCB.25.8.3109-3116.2005. PMC 1069621. PMID 15798197.
  24. ^ Gustafson CL, Partch CL (January 2015). "Emerging models for the molecular basis of mammalian circadian timing". Biochemistry. 54 (2): 134–49. doi:10.1021/bi500731f. PMC 4303291. PMID 25303119.
  25. ^ Gillette MU, Tyan SH (2009-01-01). "Circadian Gene Expression in the Suprachiasmatic Nucleus". In Squire LR (ed.). Encyclopedia of Neuroscience. Oxford: Academic Press. pp. 901–908. doi:10.1016/B978-008045046-9.01596-5. ISBN 978-0-08-045046-9.
  26. ^ Gadaleta MC, González-Medina A, Noguchi E (November 2016). "Timeless protection of telomeres". Current Genetics. 62 (4): 725–730. doi:10.1007/s00294-016-0599-x. PMC 5056121. PMID 27068713.
  27. ^ Leman AR, Dheekollu J, Deng Z, Lee SW, Das MM, Lieberman PM, Noguchi E (June 2012). "Timeless preserves telomere length by promoting efficient DNA replication through human telomeres". Cell Cycle. 11 (12): 2337–47. doi:10.4161/cc.20810. PMC 3383593. PMID 22672906.
  28. ^ Pedrazzoli M, Ling L, Finn L, Kubin L, Young T, Katzenberg D, Mignot E (2000). "A polymorphism in the human timeless gene is not associated with diurnal preferences in normal adults". Sleep Research Online. 3 (2): 73–6. PMID 11382904.
  29. ^ Mao Y, Fu A, Leaderer D, Zheng T, Chen K, Zhu Y (October 2013). "Potential cancer-related role of circadian gene TIMELESS suggested by expression profiling and in vitro analyses". BMC Cancer. 13: 498. doi:10.1186/1471-2407-13-498. PMC 3924353. PMID 24161199.
  30. ^ Clymer BK, Fisher KW, Kelly DL, White MA, Lewis RE (2016-07-22). "Abstract 1252: TIMELESS is a KSR1-like effector of Ras-driven colon tumorigenesis". Cancer Research. 76 (14 Supplement): 1252. doi:10.1158/1538-7445.am2016-1252.

추가 읽기

외부 링크