BHLHE41 , DEC2, SHARP1, BHLHe41, HDEC2, SHARP-1, BHLHB3, член семейства основных спираль-петля-спираль E41, семейство основных спираль-петля-спираль, член E41, класс E базовый спираль-петля-спираль белок 41, класс B базовый спираль-петля-спираль белок 3, содержащий базовый домен спираль-петля-спираль, класс B, 3, дифференциально экспрессируемый в хондроцитах 2, дифференциально экспрессируемый в хондроцитах белок 2, белок-усилитель расщепления и связанный с волосками белок 1, FNSS1
« Семейство базовых спираль-петля-спираль, член e41 », или BHLHE41 , представляет собой ген , кодирующий базовый белок-репрессор фактора транскрипции спираль-петля-спираль в различных тканях как человека, так и мышей. [5] [6] [7] [8] Он также известен как DEC2 , hDEC2 и SHARP1 , а ранее был известен как « базовый домен спираль-петля-спираль, содержащий, класс B, 3 », или BHLHB3 . [9] BHLHE41 известен своей ролью в циркадных молекулярных механизмах, которые влияют на количество сна, а также своей ролью в иммунной функции и созревании линий клеток Т-хелперов 2-го типа, связанных с гуморальным иммунитетом . [10] [11]
История
Лаборатория Клауса-Армина Наве идентифицировала BHLHE41/SHARP1 и BHLHE40/SHARP2 как новое подсемейство в семействе белков базовой спираль-петля-спираль (BHLH) . [12] Они дифференцировали BHLHE41/SHARP1 и BHLHE40/SHARP2 от других генов, кодирующих белки BHLH , поскольку они не транскрибируются до конца эмбрионального развития . Последовательность ДНК BHLHE41 была впервые получена лабораторией доктора Юкии Като посредством поиска в библиотеке кДНК . В частности, они получили последовательность BHLHE40/DEC1 и провели поиск экспрессируемой последовательности (EST) для идентификации последовательности BHLHE41/DEC2. BHLHE41/DEC2 и BHLHE40/DEC1 имеют 97% гомологии в домене BHLH. [13] После идентификации гена BHLHE41 лаборатория доктора Кен-Ичи Хонмы охарактеризовала его роль как регулятора циркадных часов млекопитающих . [14] Роль BHLHE41 в других путях все еще полностью не охарактеризована.
Структура
BHLHE41 является членом подсемейства DEC в пределах семейства генов основных белков спираль-петля-спираль (bHLH). [13] [15] BHLHE41 был картирован на человеческой хромосоме 12 : обратная цепь 26,120,026-26-125-127 и имеет общую длину 5,101 пары оснований . [16] Ген также картирован на 6 G2-G3 на мышиной хромосоме и 4q43 дистальном-q4 на крысиной хромосоме соответственно. [13] BHLHE41 имеет 3 известных варианта сплайсинга . BHLHE41-002 [17] и BHLHE41-003 [18] являются сохраненными интронами и не кодируют белок. BHLHE41-001 содержит 5 кодирующих экзонов , имеет длину транскрипта 3837 пар оснований и кодирует белок BHLHE41 из 482 аминокислот. [19] [1] BHLHE40 является паралогом BHLHE41. [20] В настоящее время BHLHE41 имеет 165 известных ортологов . [21] [2]
Белок BHLHE41 имеет домен myc-типа, основную спираль-петля-спираль (bHLH) и оранжевый домен. [22] Оранжевый домен представляет собой последовательность из 30 остатков, расположенную на карбокси-конце относительно домена BHLH белка, функция которого до сих пор неясна. [23] Основной домен спираль-петля-спираль позволяет членам семейства белков димеризоваться друг с другом, чтобы влиять на транскрипцию генов посредством связывания со специфическими последовательностями ДНК. [24] Белок BHLHE41 также имеет богатые аланином и глицином области на C-конце и не имеет мотива WRPW для взаимодействия с корепрессором Граучо. [13]
BHLHE41 привлекает гистонметилтрансферазу G9a и гистондеацетилазы HDAC1 и Sirt1 для опосредования модификаций хроматина, которые подавляют экспрессию целевого гена. [25]
Функция
Циркадный
BHLHE41 экспрессируется в супрахиазматическом ядре с пиковыми уровнями в течение субъективного дня. [14] Ген кодирует фактор транскрипции, который принадлежит к подсемейству генов основных факторов спираль-петля-спираль, которые кодируют репрессоры транскрипции , которые функционируют как нисходящие мишени для регулирования судьбы клеток во время развития ткани. [26] BHLHE41 действует как репрессор транскрипции и как регулятор циркадных часов . [8] В часах факторы транскрипции Clock и Bmal образуют гетеродимер. Этот гетеродимер связывается с элементом промотора E-Box , тем самым способствуя транскрипции нижестоящих генов, таких как Per и BHLHe41. [27] После транскрипции и трансляции белковый продукт BHLHE41 (DEC2) повторно входит в ядро и конкурирует с гетеродимером Clock-Bmal1 за связывание элемента E-Box (через конкурентное ингибирование ); это действует как супрессор для транскрипции гена. [14]
Нециркадный
BHLHE41 также вовлечен в несколько других путей. Дерегуляция уровней транскрипции BHLHE41 была охарактеризована как маркер прогрессирования нескольких видов рака. Низкие уровни транскрипта BHLHE41 были связаны с ростом опухоли, что предполагает, что BHLHE41 подавляет пролиферацию опухоли; однако, определенный механизм действия не был обнаружен. [28] Также была выдвинута гипотеза, что Dec2 участвует в регуляции иммунных реакций. [10] Дальнейшие исследования по характеристике этих путей и конкретной роли BHLHE41 все еще проводятся.
У мышей, у которых отсутствуют SHARP1/BHLHE41 и SHARP2, уровень IGF-2 повышен, что приводит к улучшению консолидации памяти . [29]
Мутации
Известна точечная мутация аминокислоты DEC2, которая влияет на регуляцию биологических процессов времени и продолжительности сна у людей. [10] Хотя точные механизмы действия до сих пор неизвестны, предыдущие исследования показывают, что мутация вызывает схожие эффекты как у людей, так и у мышей. [10]
DEC2-P385R
Точечная мутация, заменяющая C на G в последовательности ДНК DEC2/BHLHE41, приводит к замене пролина в позиции 385 на аргинин . Пролин в позиции 385 (384 согласно странице обсуждения) BHLHE41 расположен близко к C-концевой области взаимодействия с гистондеацетилазой BHLHE41, которая является высококонсервативной областью в пределах богатого пролином домена. [24] Эта мутация смягчает транскрипционную ингибирующую функцию BHLHe41. [30] Мыши с этой мутацией меньше спят. Они получают меньше как быстрого, так и медленного сна и легче восстанавливаются после лишения сна. [10] Эти эффекты не наблюдаются у мышей с нокаутом BHLHE41. Таким образом, ученые полагают, что мутация Dec2-P385R является доминантно-негативной мутацией . [31]
Лаборатория Ин-Хуэя Фу обнаружила эту мутацию у семейных людей с врожденным недосыпанием (FNSS). [8] [32] [24] FNSS от природы спят меньше, около 6-6,5 часов в сутки. [10] Неясно, как это работает. Возможно, BHLHE41 делает сон короче через пути, независимые от тех, которые регулируют молекулярные основные часы, например, путь, включающий ген PER2 . [10] И BHLHE41, и PER2 также влияют на иммунную функцию, возможно, потому что настройка иммунной системы может быть одной из причин, по которым мы вообще спим. [10]
BHLHE41 нокаут
Мыши с нокаутом BHLHE41 , также известные как BHLHE41 -/- или BHLHE41 null, не показали никаких изменений в периоде свободного бега относительно активности. После воздействия in vivo модели аллергической астмы мыши с нокаутом BHLHE41 показали снижение продукции цитокинов TH2 , дефектные ответы TH2 после многократной стимуляции пептидом OVA и снижение альвеолярного инфильтрата. [10] У мышей с нокаутом BHLHE41 наблюдалась повышенная постнатальная регенерация мышц после травмы. Однако эти мыши не показали никаких дефицитов в восстановлении эмбриональных мышц. [33]
Клиническое значение
Иммунная система
Было показано, что BHLHE41 является регулятором активации Т-клеток . BHLHE41 повышает экспрессию CD25 через Stat6 -зависимый механизм, который усиливает сигнальный путь, опосредованный рецептором IL-2 , который способствует дифференциации TH2. Gata3 усиливает сигналы дифференциации Т-хелперных клеток 2 (Th 2 ), регулируя экспрессию BHLHE41 через ауторегуляторную петлю . [25]
BHLHE41 и BHLHE40 являются транскрипционными мишенями изоформ SREBP-1 (также известного как ADD-1) SREBP-1a и SREBP-1c. После индуцирования SREBP-1, BHLHE41 и BHLHE40, как было показано, подавляют миогенез, блокируя транскрипцию MYOD1. Также известно, что BHLHE40 и BHLHE41 изменяют экспрессию нескольких сократительных белков и митохондриальных белков в скелетных мышцах . BHLHE41 и BHLHE40 также подавляют SREBP-1. Это формирует отрицательную обратную связь между SREBP-1, BHLHE40 и BHLHE41 в мышцах, которая работает по 24-часовому циркадному циклу , который имеет 12-часовое смещение между SREBP-1 и BHLHE40/BHLHE41. [33] Кроме того, известно, что BHLHE41 подавляет воспаление и адипогенную дифференциацию в мышцах. [34]
Саркома, рак полости рта, рак печени и рак толстой кишки
BHLHE41 считается критическим регулятором метастазирования трижды негативного рака молочной железы (TNBC) . [36] Регулируемый супрессором метастазов p63, BHLHE41 ингибирует TNBC посредством ингибирования HIF-1α и гипоксически-индуцируемого фактора 2α (HIF-2α) . [36] Исследования показали, что BHLHE41 необходим и достаточен для ограничения экспрессии генов-мишеней HIF, путем механистического связывания с HIF и содействия протеасомной деградации. [36] Считается, что опухоли рака молочной железы , которые показывают высокую экспрессию BHLHE41 и CyclinG2, имеют более низкий риск метастазирования. [37] [38]
Ссылки
^ abc GRCh38: Ensembl выпуск 89: ENSG00000123095 – Ensembl , май 2017 г.
^ abc GRCm38: Ensembl выпуск 89: ENSMUSG00000030256 – Ensembl , май 2017 г.
^ "Human PubMed Reference:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
^ "Mouse PubMed Reference:". Национальный центр биотехнологической информации, Национальная медицинская библиотека США .
^ Stevens JD, Roalson EH, Skinner MK (ноябрь 2008 г.). «Филогенетический и экспрессионный анализ основного семейства генов факторов транскрипции спираль-петля-спираль: геномный подход к клеточной дифференциации». Дифференциация; Исследования в области биологического разнообразия . 76 (9): 1006–22. doi :10.1111/j.1432-0436.2008.00285.x. PMC 5728086. PMID 18557763 .
^ "Basic Helix-Loop-Helix Family, Member E41". Weizmann Institute of Science . Архивировано из оригинала 2014-05-28 . Получено 2014-05-27 .
^ abcdefghi Kurien PA, Chong SY, Ptáček LJ, Fu YH (октябрь 2013 г.). «Больной и уставший: как молекулярные регуляторы расписания и продолжительности сна человека влияют на иммунную функцию». Current Opinion in Neurobiology . 23 (5): 873–9. doi :10.1016/j.conb.2013.04.014. PMC 3766463. PMID 23702243 .
^ Yang XO, Angkasekwinai P, Zhu J, Peng J, Liu Z, Nurieva R, Liu X, Chung Y, Chang SH, Sun B, Dong C (декабрь 2009 г.). "Требование к основному фактору транскрипции спираль-петля-спираль Dec2 в начальной приверженности линии TH2". Nature Immunology . 10 (12): 1260–6. doi :10.1038/ni.1821. PMC 2784129 . PMID 19881507.
^ Росснер М. Дж., Дёрр Дж., Гасс П., Шваб М. Х., Наве КА. (1997). «SHARPs: белки млекопитающих, усиливающие расщепление и волосатость, связанные со стимуляцией нейронов». Молекулярная и клеточная нейронауказия . 9 (5–6): 460–75. doi :10.1006/mcne.1997.0640. PMID 9361282. S2CID 39552567.
^ abcd Fujimoto K, Shen M, Noshiro M, Matsubara K, Shingu S, Honda K, Yoshida E, Suardita K, Matsuda Y, Kato Y (январь 2001 г.). «Молекулярное клонирование и характеристика DEC2, нового члена основных белков спираль-петля-спираль». Biochemical and Biophysical Research Communications . 280 (1): 164–71. doi :10.1006/bbrc.2000.4133. PMID 11162494.
^ abc Honma S, Kawamoto T, Takagi Y, Fujimoto K, Sato F, Noshiro M, Kato Y, Honma K (октябрь 2002 г.). "Dec1 и Dec2 являются регуляторами молекулярных часов млекопитающих". Nature . 419 (6909): 841–4. Bibcode :2002Natur.419..841H. doi :10.1038/nature01123. PMID 12397359. S2CID 4426418.
^ "BHLHE41 Symbol Report | HUGO Gene Nomenclature Committee". www.genenames.org . Архивировано из оригинала 2017-04-13 . Получено 2017-04-13 .
^ "Ген: BHLHE41 (ENSG00000123095) - Краткое содержание - Homo sapiens - браузер генома Ensembl 88". www.ensembl.org . Получено 13.04.2017 .
^ "Транскрипт: BHLHE41-001 (ENST00000242728.4) - Домены и характеристики - Homo sapiens - Ensembl genome browser 88". www.ensembl.org . Получено 13.04.2017 .
^ Тульцер В. (июнь 1979 г.). «[Синдром жестокого обращения с детьми]». Wiener Medizinische Wochenschrift . 129 (12): 318–20. дои : 10.1186/gb-2004-5-6-226 . ПМК 463060 . ПМИД 15186484.
^ abc He Y, Jones CR, Fujiki N, Xu Y, Guo B, Holder JL, Rossner MJ, Nishino S, Fu YH (август 2009). «Транскрипционный репрессор DEC2 регулирует продолжительность сна у млекопитающих». Science . 325 (5942): 866–70. Bibcode :2009Sci...325..866H. doi :10.1126/science.1174443. PMC 2884988 . PMID 19679812.
^ abcd Ow JR, Tan YH, Jin Y, Bahirvani AG, Taneja R (2014). "Stra13 и Sharp-1, не ворчливые регуляторы развития и болезней". BHLH Транскрипционные факторы в развитии и болезнях . Т. 110. С. 317–38. doi :10.1016/B978-0-12-405943-6.00009-9. ISBN9780124059436. PMID 25248481. {{cite book}}: |journal=проигнорировано ( помощь )
^ Piscione TD, Wu MY, Quaggin SE (октябрь 2004 г.). «Экспрессия генов Hairy/Enhancer of Split, Hes1 и Hes5, во время морфогенеза нефрона у мышей». Gene Expression Patterns . 4 (6): 707–11. doi :10.1016/j.modgep.2004.04.007. PMID 15465493.
^ Като Y, Кавамото T, Фудзимото K, Ноширо M (2014). «DEC1/STRA13/SHARP2 и DEC2/SHARP1 координируют физиологические процессы, включая циркадные ритмы в ответ на стимулы окружающей среды». BHLH Транскрипционные факторы в развитии и болезнях . Т. 110. С. 339–72. doi :10.1016/B978-0-12-405943-6.00010-5. ISBN9780124059436. PMID 25248482. {{cite book}}: |journal=проигнорировано ( помощь )
^ Li P, Jia YF, Ma XL, Zheng Y, Kong Y, Zhang Y, Zong S, Chen ZT, Wang YS (2016). «DEC2 подавляет пролиферацию опухоли и метастазы, регулируя путь ERK/NF-κB при раке желудка». American Journal of Cancer Research . 6 (8): 1741–57. doi :10.1158/1538-7445.AM2016-1741. PMC 5004076. PMID 27648362 .
^ Shahmoradi A, Radyushkin K, Rossner MJ (июль 2015 г.). «Повышенная консолидация памяти у мышей, лишенных циркадных модуляторов Sharp1 и -2, вызванная повышенной сигнализацией Igf2 в коре». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 112 (27): E3582–9. Bibcode : 2015PNAS..112E3582S. doi : 10.1073/pnas.1423989112 . PMC 4500222. PMID 26100875 .
^ Jones CR, Huang AL, Ptáček LJ, Fu YH (май 2013 г.). «Генетическая основа нарушений циркадного ритма у человека». Экспериментальная неврология . Циркадные ритмы и нарушения сна. 243 : 28–33. doi :10.1016/j.expneurol.2012.07.012. PMC 3514403 . PMID 22849821.
^ Zhang Y, Zhang Y, Gu W, Sun B (2014). «Th1/Th2 Cell Differentiation and Molecular Signals». T Helper Cell Differentiation and Their Function . Advances in Experimental Medicine and Biology. Vol. 841. pp. 15–44. doi :10.1007/978-94-017-9487-9_2. ISBN978-94-017-9486-2. PMID 25261203. S2CID 20369654.
^ Pellegrino R, Kavakli IH, Goel N, Cardinale CJ, Dinges DF, Kuna ST, Maislin G, Van Dongen HP, Tufik S, Hogenesch JB, Hakonarson H, Pack AI (август 2014 г.). «Новый вариант BHLHE41 связан с коротким сном и устойчивостью к лишению сна у людей». Sleep . 37 (8): 1327–36. doi :10.5665/sleep.3924. PMC 4096202 . PMID 25083013.
^ abc Gorski JP, Price JL (2016). "Перекрестные помехи между костной и мышечной тканью воздействуют на пути регенерации мышц, регулируемые основными циркадными транскрипционными репрессорами DEC1 и DEC2". BoneKEy Reports . 5 : 850. doi : 10.1038/bonekey.2016.80. PMC 5111231. PMID 27867498 .
^ abc Сато Ф, Бхавал Великобритания, Йошимура Т, Мурагаки Ю (2016). «Перекрестные помехи DEC1 и DEC2 между циркадным ритмом и прогрессированием опухоли». Журнал рака . 7 (2): 153–9. дои : 10.7150/jca.13748. ПМЦ 4716847 . ПМИД 26819638.
^ Ямада К, Миямото К (сентябрь 2005 г.). «Основные факторы транскрипции спираль-петля-спираль, BHLHB2 и BHLHB3; их экспрессия генов регулируется множественными внеклеточными стимулами». Frontiers in Bioscience . 10 (1–3): 3151–71. doi : 10.2741/1772 . PMID 15970569.
^ abc Montagner M, Enzo E, Forcato M, Zanconato F, Parenti A, Rampazzo E, Basso G, Leo G, Rosato A, Bicciato S, Cordenonsi M, Piccolo S (июль 2012 г.). "SHARP1 подавляет метастазы рака груди, способствуя деградации факторов, индуцируемых гипоксией". Nature . 487 (7407): 380–4. Bibcode :2012Natur.487..380M. doi :10.1038/nature11207. PMID 22801492. S2CID 4402132.
^ Noshiro M, Kawamoto T, Furukawa M, Fujimoto K, Yoshida Y, Sasabe E, Tsutsumi S, Hamada T, Honma S, Honma K, Kato Y (апрель 2004 г.). «Ритмическая экспрессия DEC1 и DEC2 в периферических тканях: DEC2 является мощным супрессором печеночного цитохрома P450, противостоящего DBP». Genes to Cells . 9 (4): 317–29. doi : 10.1111/j.1356-9597.2004.00722.x . PMID 15066123. S2CID 36831167.
^ Piccolo S, Enzo E, Montagner M (август 2013 г.). "p63, Sharp1 и HIF: главные регуляторы метастазирования при тройном негативном раке груди". Cancer Research . 73 (16): 4978–81. doi : 10.1158/0008-5472.CAN-13-0962 . PMID 23913939.
Дальнейшее чтение
Grottke C, Mantwill K, Dietel M, Schadendorf D, Lage H (ноябрь 2000 г.). «Идентификация дифференциально экспрессируемых генов в клетках меланомы человека с приобретенной устойчивостью к различным противоопухолевым препаратам». International Journal of Cancer . 88 (4): 535–46. doi :10.1002/1097-0215(20001115)88:4<535::AID-IJC4>3.0.CO;2-V. PMID 11058868. S2CID 24030621.
Garriga-Canut M, Roopra A, Buckley NJ (май 2001 г.). «Базовый белок спираль-петля-спираль, sharp-1, подавляет транскрипцию с помощью механизма, зависящего от гистондеацетилазы и независимого от гистондеацетилазы». Журнал биологической химии . 276 (18): 14821–8. doi : 10.1074/jbc.M011619200 . PMID 11278948.
Miyazaki K, Kawamoto T, Tanimoto K, Nishiyama M, Honda H, Kato Y (декабрь 2002 г.). «Идентификация функциональных элементов ответа на гипоксию в промоторной области генов DEC1 и DEC2». Журнал биологической химии . 277 (49): 47014–21. doi : 10.1074/jbc.M204938200 . PMID 12354771.
Honma S, Kawamoto T, Takagi Y, Fujimoto K, Sato F, Noshiro M, Kato Y, Honma K (октябрь 2002 г.). «Dec1 и Dec2 — регуляторы молекулярных часов млекопитающих». Nature . 419 (6909): 841–4. Bibcode :2002Natur.419..841H. doi :10.1038/nature01123. PMID 12397359. S2CID 4426418.
Li Y, Xie M, Song X, Gragen S, Sachdeva K, Wan Y, Yan B (май 2003 г.). «DEC1 отрицательно регулирует экспрессию DEC2 посредством связывания с E-box в проксимальном промоторе». Журнал биологической химии . 278 (19): 16899–907. doi : 10.1074/jbc.M300596200 . PMID 12624110.
Azmi S, Sun H, Ozog A, Taneja R (май 2003 г.). "mSharp-1/DEC2, базовый белок спираль-петля-спираль, функционирует как транскрипционный репрессор активности E-бокса и экспрессии Stra13". Журнал биологической химии . 278 (22): 20098–109. doi : 10.1074/jbc.M210427200 . PMID 12657651.
Oswald F, Winkler M, Cao Y, Astrahantseff K, Bourteele S, Knöchel W, Borggrefe T (декабрь 2005 г.). "RBP-Jkappa/SHARP рекрутирует корепрессоры CtIP/CtBP для подавления целевых генов Notch". Молекулярная и клеточная биология . 25 (23): 10379–90. doi :10.1128/MCB.25.23.10379-10390.2005. PMC 1291242. PMID 16287852 .
Внешние ссылки
Расположение генома человека BHLHE41 и страница с подробностями гена BHLHE41 в браузере геномов UCSC .