вневременной | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Идентификаторы | |||||||
Организм | |||||||
Символ | Тим | ||||||
Энтрез | 33571 | ||||||
РефСек (мРНК) | NM_164542 | ||||||
RefSeq (Прот) | NP_722914 | ||||||
UniProt | Р49021 | ||||||
Другие данные | |||||||
хромосома | 2L: 3.49 - 3.51 Мб | ||||||
|
Ген Timeless ( tim ) присутствует во многих видах, но наиболее известен своей ролью в Drosophila для кодирования TIM, важного белка, регулирующего циркадный ритм . мРНК и белок Timeless ритмично колеблются со временем как часть цикла отрицательной обратной связи транскрипции-трансляции, включающего ген period ( per ) и его белок.
В 1994 году ген timeless был обнаружен в ходе прямого генетического скрининга, проведенного Джеффри Л. Прайсом во время работы в лаборатории Майкла У. Янга . [1] Этот ген был обнаружен, когда они заметили аритмичный мутант tim 01 с помощью скрининга P-элемента . [2] [3] Мутация tim 01 вызывала аритмическое поведение, определяемое отсутствием способности устанавливать правильные циркадные ритмы. [1] В 1995 году ген timeless был клонирован Амитой Сехгал и ее партнерами в лаборатории Майкла У. Янга. [4] В отличие от гена timeless дрозофилы , гомологи были обнаружены у других видов, которые не являются существенными для циркадного ритма. [5] Открытие вневременного последовало за открытием мутантов гена period в 1971 году с помощью прямого генетического скрининга, клонированием гена per в 1984 году и экспериментом, определившим, что ген per является циркадным, в 1990 году. Это произошло в период быстрого развития в области хронобиологии в 1990-х годах.
Вечный, N-терминал | |||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Идентификаторы | |||||||||||
Символ | ВНЕ ВРЕМЕНИ | ||||||||||
Пфам | ПФ04821 | ||||||||||
ИнтерПро | IPR006906 | ||||||||||
|
Длина кодирующей области гена timeless Drosophila составляет 4029 пар оснований, из которых транскрибируется белок из 1398 аминокислот . [6] Ген начинается с консенсусного участка кэпа выше кодона метионина . Он содержит 11 экзонов и 10 интронов . У различных видов Drosophila белок timeless TIM содержит более высококонсервативные функциональные домены и аминокислотную последовательность, чем его аналог PER (белок, кодируемый per ). CLD был наименее консервативным из этих регионов между D. virilis и D. melanogaster . [6] Эти консервативные части включают: домен взаимодействия PER, сигнал ядерной локализации (NLS), домен цитоплазматической локализации (CLD), N- конец (нефункциональный) и C- конец. [6] Известно также, что TIM имеет основную область, которая взаимодействует с доменом PAS белка PER, и центральную кислую область. Также имеется область неизвестной функции вблизи N-конца белка TIM, которая содержит последовательность из 32 аминокислот, которая при удалении вызывает аритмическое поведение у мухи. У различных видов Drosophila, таких как D. virilis и D. melanogaster , инициирующий метионин для трансляции гена timeless в TIM находится в разных местах, при этом стартовый сайт D. virilis находится ниже стартового сайта D. melanogaster . [6]
тайм-аут | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Идентификаторы | |||||||
Организм | |||||||
Символ | тим-2 | ||||||
UniProt | Q8INH7 | ||||||
|
Тайм-аут, C-терминал (PAB) | |||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Идентификаторы | |||||||||||
Символ | НЕВРЕМЕННЫЙ_C | ||||||||||
Пфам | ПФ05029 | ||||||||||
ИнтерПро | IPR006906 | ||||||||||
|
Ген timeless является важным компонентом молекулярных циркадных часов у Drosophila . [3] Он действует как часть петли ауторегуляторной обратной связи в сочетании с продуктом гена period (per), как отмечено в совместных исследованиях, проведенных лабораториями Майкла У. Янга и Амиты Сегал. [7] Дальнейшие исследования лабораторий Янга, Сегала, Чарльза Вайца и Майкла Росбаша показали, что белок timeless (TIM) и белок period (PER) образуют гетеродимер, который демонстрирует циркадные ритмы у Drosophila дикого типа . [8] [9] Исследователи в лаборатории Росбаша также показали, что уровни мРНК tim и уровни белка TIM имеют циркадные ритмы, которые аналогичны ритмам мРНК period ( per ) и ее продукта. [8] [10] [11] Эксперименты, проведенные совместно лабораториями Вайца, Янга и Сегала с использованием дрожжевого 2-гибрида, доказали, что TIM напрямую связывается с PER. [12] Ранним вечером PER и TIM димеризуются и накапливаются. Поздно ночью димер перемещается в ядро, чтобы ингибировать транскрипцию per и tim . В 1996 году группы Сехгала, Эдери и Янга обнаружили, что воздействие света приводит к деградации TIM и впоследствии PER. [1] [11] [13]
Гетеродимер PER/TIM отрицательно регулирует транскрипцию генов period ( per ) и timeless ( tim ). В этой отрицательной обратной связи гетеродимеры PER/TIM сначала формируются в цитоплазме, накапливаются, а затем перемещаются в ядро. [14] Затем комплекс блокирует положительные факторы транскрипции clock (CLK) и cycle (CYC), тем самым подавляя транскрипцию per .
Как часть циркадных часов, безвременье необходимо для адаптации к циклам свет-темнота (LD). Типичная продолжительность периода свободно бегущей дрозофилы составляет 23,9 часа, что требует адаптации к 24-часовому циклу окружающей среды. [15] Адаптация начинается с воздействия света. Этот процесс приводит к быстрой деградации белка TIM, что позволяет организмам адаптироваться к циклам окружающей среды на рассвете. [16]
В циклах свет-темнота уровень белка TIM быстро снижается поздно ночью/ранним утром, за чем следуют похожие, но более постепенные изменения уровня белка PER. Деградация TIM не зависит от per и его белка и высвобождает PER из комплекса PER/TIM. [8] В некоторых типах клеток фоторецепторный белок криптохром (CRY) физически ассоциируется с TIM и помогает регулировать светозависимую деградацию. CRY активируется синим светом, который связывается с TIM и помечает его для деградации. [17] Это завершает репрессию PER/TIM опосредованной CLK/CYC транскрипции генов per и tim , позволяя производить мРНК per и tim для перезапуска цикла. [8]
Этот механизм позволяет мухам подстраиваться под внешние световые сигналы. Когда дрозофилы получают световые сигналы в начале субъективной ночи, вызванная светом деградация TIM вызывает задержку накопления TIM, что создает фазовую задержку. [17] Когда световые сигналы поступают в конце субъективной ночи, световой импульс вызывает деградацию TIM раньше, чем в нормальных условиях, что приводит к фазовому сдвигу. [17]
У Drosophila отрицательный регулятор PER из комплекса PER/TIM в конечном итоге разрушается циклом фосфорилирования , опосредованным казеинкиназой , что позволяет флуктуациям в экспрессии генов в соответствии с сигналами окружающей среды. Эти белки опосредуют колебательную экспрессию фактора транскрипции VRILLE (VRI), который необходим для поведенческой ритмичности, экспрессии per и tim и накопления PDF (пигмент-диспергирующего фактора). [16]
Timeless, по-видимому, не является существенным для колебания циркадных часов для всех насекомых. У дикого типа Gryllus bimaculatus мРНК tim демонстрирует ритмическую экспрессию как в LD, так и в DD (циклы темнота-темнота), похожую на экспрессию per , достигая пика в течение субъективной ночи. При инъекции двухцепочечной РНК tim ( dstim ) уровни мРНК tim были значительно снижены, а ее ритм циркадной экспрессии был устранен. Однако после обработки dstim взрослые сверчки показали четкий локомоторный ритм в постоянной темноте, с периодом свободного бега значительно короче, чем у контрольных сверчков, которым была введена дцРНК Discosoma sp. Red2 (DsRed2). Эти результаты свидетельствуют о том, что у сверчка tim играет некоторую роль в тонкой настройке периода свободного бега, но может не иметь существенного значения для колебания циркадных часов. [5]
В 1998 году исследователи идентифицировали мышиный гомолог и человеческий гомолог гена timeless дрозофилы . [18] Точная роль TIM у млекопитающих до сих пор неясна. Недавние исследования млекопитающего timeless ( mTim ) у мышей показали, что ген может не играть той же существенной роли у млекопитающих, что и у дрозофилы , как необходимая функция циркадных часов. [19] Хотя Tim экспрессируется в супрахиазматическом ядре (SCN), которое считается основным осциллятором у людей, его транскрипция не колеблется ритмично в постоянных условиях, и белок TIM остается в ядре. [19] [20]
Однако показано, что mTim необходим для эмбрионального развития у мышей, что указывает на иную функцию гена, чем у Drosophila . Это предполагает расхождение между часами млекопитающих и часами Drosophila . [19] Более того, tim млекопитающих более ортологичен паралогу Tim-2 ( Timeout ) гена Timeless Drosophila , чем сам ген. [21] Подобно tim-2 , ортологи млекопитающих имеют домен связывания PARP1 (PAB) на С-конце . Комплекс, который они образуют, способствует восстановлению ДНК с помощью гомологичной рекомбинации . [22]
Считается, что вневременной белок напрямую связывает клеточный цикл с циркадным ритмом у млекопитающих. В этой модели, называемой «прямой связью», [23] два цикла разделяют ключевой белок, экспрессия которого демонстрирует циркадный паттерн. Основная роль Tim у Drosophila в создании циркадного ритма выполняется Cry у млекопитающих. У млекопитающих транскрипция Cry и Per активируется комплексом CLOCK / BMAL1 и подавляется комплексом PER/CRY. [24]
вневременной гомолог (Человек) | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Идентификаторы | |||||||
Символ | ВНЕ ВРЕМЕНИ | ||||||
Альтернативные символы | hTIM | ||||||
ген NCBI | 8914 | ||||||
HGNC | 11813 | ||||||
ОМИМ | 603887 | ||||||
РефСек | NM_003920 | ||||||
UniProt | Q9UNS1 | ||||||
Другие данные | |||||||
Локус | Хр. 12 q12-q13 | ||||||
|
Было показано, что человеческий вневременной белок (hTIM) необходим для производства электрических колебаний, вырабатываемых супрахиазматическим ядром (SCN), основными часами, управляющими всеми тканеспецифическими циркадными ритмами организма. [25] Этот белок также взаимодействует с продуктами основных часовых генов CLOCK , BMAL , PER1 , PER2 и PER3 .
Санкар и коллеги исследовали, играет ли hTIM аналогичную роль ортологам в C. elegans и типах дрожжей, которые, как известно, играют важную роль в клеточном цикле . [23] Их эксперименты показали, что hTIM играет неотъемлемую роль в контрольных точках клеточного цикла G2/M и внутри-S. [23] Что касается контрольной точки G2/M, hTIM связывается с субъединицей ATRIP на ATR — протеинкиназе, чувствительной к повреждению ДНК. Это связывание между hTIM и ATR затем приводит к фосфорилированию Chk1 , что приводит к остановке клеточного цикла или апоптозу. [23] Этот процесс служит важным контролем для остановки пролиферации клеток с повреждением ДНК до митотического деления. Роль hTIM в контрольной точке внутри-S менее ясна на молекулярном уровне; однако, снижение регуляции hTIM приводит к увеличению скорости генерации репликативных вилок — даже при наличии повреждения ДНК и других регуляторных реакций. [23]
Ген Timeless также, как было обнаружено, влияет на развитие заболеваний у людей. Снижение экспрессии гена timeless в клетках человеческой карциномы приводит к укорочению теломер , что указывает на его роль в поддержании длины теломер. Повреждение ДНК, связанное с теломерами, также увеличивается в клетках с истощенными timeless , наряду с задержкой репликации теломер. Swi1 — это белок, связанный с timeless , который необходим для репликации ДНК в области теломер. [26] Эта связь между timeless и теломерами указывает на возможную связь гена с раком. [27]
Замена одного нуклеотидного полиморфизма, которая приводит к трансформации глутамина в аргинин в аминокислотной последовательности в гене человека timeless, не показывает никакой связи ни с утренними, ни с вечерними тенденциями у людей. [28] Это согласуется с другими исследованиями, предполагающими, что htim не важен в циркадном ритме людей.
В настоящее время часто обнаруживается, что Timeless сверхэкспрессируется во многих различных типах опухолей. В исследовании, в котором использовались олигонуклеотиды siRNA , нацеленные на Timeless, с последующим микрочипом экспрессии всего генома, а также сетевым анализом. Дальнейшее тестирование снижения регуляции Timeless на скорости пролиферации клеток линии рака шейки матки и молочной железы. Было обнаружено, что повышенная экспрессия Timeless была значительно связана с более поздней стадией опухоли и худшим прогнозом рака молочной железы. [29] Сходство в сигнатурах экспрессии генов позволило идентифицировать TIMELESS как супрессор киназы Ras -1 (KSR1)-подобного и потенциальную цель, необходимую для выживания раковых клеток. Сверхэкспрессия TIMELESS представляет собой уязвимость в опухолях, управляемых Ras, которая предлагает потенциальное понимание новых и селективных мишеней, обнаруженных в раковых клетках, управляемых Ras, которые можно использовать для разработки селективных и более эффективных терапевтических средств. [30]