stringtranslate.com

Белый Воротничок-1

White Collar-1 ( wc -1 ) — ген в Neurospora crassa, кодирующий белок WC-1 (127 кДа). [1] [2] WC-1 выполняет две отдельные роли в клетке. Во-первых, он является основным фоторецептором для Neurospora [3] и основателем класса основных фоторецепторов синего света во всех грибах. [4] Во-вторых, он необходим для регуляции циркадных ритмов в FRQ . Он является ключевым компонентом циркадного молекулярного пути, который регулирует многие поведенческие активности, включая конидиогенез . [5] [6] WC-1 и WC-2 , взаимодействующий партнер WC-1, составляют комплекс белого воротничка (WCC), который участвует в циркадных часах Neurospora . WCC — это комплекс белков ядерного фактора транскрипции , содержащий домены активации транскрипции, домены PAS и домены связывания ДНК с цинковыми пальцами ( GATA ). [7] WC-1 и WC-2 гетеродимеризуются через свои домены PAS, образуя комплекс белого воротничка (WCC). [8] [9]

Открытие

Циркадные часы Neurospora были открыты в 1959 году, когда Питтендри и др. впервые описали временные закономерности бесполого развития спор . [ 10 ] Они заметили , что в области фронта роста мицелий , отложенный между поздней ночью и ранним утром, образовывал воздушные гифы , тогда как отложенный в другое время — нет. [10] [11] Этот воздушный паттерн роста в субъективное циркадное время послужил предварительным подтверждением наличия циркадных осцилляторов.

White Collar-1 был описан в 1960-х годах генетиками, которые увидели штамм Neurospora , мицелий которого был альбиносным, но конидии были нормально пигментированы. [12]

Мутантный ген был обозначен как белый воротничок (wc) за белую окраску мицелия под пигментированными конидиями на скошенном агаре . [13] Ген wc -1 был классифицирован во время картирования хромосомных локусов Neurospora crassa (1982 Перкинс и др.). [14]

Структура белка

WC-1 и WC-2 являются факторами транскрипции, кодируемыми генами wc -1 и wc -2. Домены связывания ДНК с цинковыми пальцами (GATA) позволяют WC-1 и WC-2 связываться с ДНК и действовать как факторы транскрипции. [1] [8]

Оба WC-1 и WC-2 имеют домены PAS , которые позволяют им связываться с другими белками. [10] [15] WC-1 и WC-2 обычно гетеродимеризуются in vivo, образуя комплекс белого воротничка (WCC), который действует как комплекс факторов транскрипции. In vitro WC-1 также может гомодимеризоваться сам с собой и гетеродимеризоваться с другими белками PAS. [10]

Секвенирование белка показало, что WC-1 также содержит домен LOV , хромофор-связывающий пептидный регион. [2] [16] Этот участок связывания является высококонсервативным и последовательно аналогичен хромофор-связывающим доменам фототропинов в растениях. [17]

WC-1 и WC-2 связываются с промоторными элементами генов, которые они транскрипционно активируют. [3] [10]

Функция в циркадных часах

Фоторецепция

Было показано, что WC-1 является фоторецептором синего света и необходимым компонентом пути светоиндуцированного ответа Neurospora . [3] Генетические скрининги светочувствительных мутантных штаммов Neurospora неоднократно демонстрировали аномалии в гене wc-1 . [16] У функциональной Neurospora домен LOV WC-1 связывается с хромофором флавинадениндинуклеотида (FAD) , [3] [18], который отвечает за преобразование света в механическую энергию. FAD демонстрирует максимальное поглощение света при 450 нм, [19] таким образом объясняя максимальную чувствительность WC-1 к синему свету.

Светоиндуцированные реакции полностью устранены у мутантов Neurospora с нокаутированным LOV WC-1 , хотя роль активации транскрипции WC-1 сохраняется в темноте. [16] WC-1 широко распространен среди грибов, где он, по-видимому, является основным фоторецептором синего света для всего царства. [4]

Циркадная регуляция

Упрощенное представление циркадных часов Neurospora . [6] WC-1 и WC-2 (WCC) действуют как положительные активаторы транскрипции frq . Белок FRQ связывается с РНК-хеликазой, FRH и CK1, образуя комплекс. [20] Этот комплекс взаимодействует с WCC, способствуя фосфорилированию WCC. Фосфорилирование стабилизирует WCC и способствует его экспорту в цитоплазму, эффективно подавляя транскрипцию frq . [21]

Белый воротничковый комплекс (WCC), гетеродимер WC-1 и WC-2, действует как положительный элемент в циркадных часах. WCC служит активатором транскрипции гена frq , связываясь с двумя промоторными элементами ДНК в ядре: блоком часов (C-блок) и проксимальным элементом светочувствительности (PLRE). PLRE требуется для максимальной световой индукции, в то время как блок C требуется как для максимальной световой индукции, так и для поддержания циркадной ритмичности в постоянной темноте. [10] [22]

Кроме того, показано, что активируемый светом WCC индуцирует транскрипцию VIVID, небольшого флавин-связывающего синего фоторецептора, который необходим для адаптации к светоиндуцированным реакциям в транскрипции светоиндуцированных генов, включая wc -1 и frq . [23] [24] [25] VIVID является отрицательным регулятором световых реакций, хотя его механизм пока неизвестен. [26]

Как часть петли отрицательной обратной связи транскрипции-трансляции (TTFL), белок FRQ проникает в ядро ​​и взаимодействует с взаимодействующей с FRQ РНК-геликазой (FRH), способствуя подавлению активности WCC. Предполагается, что этот комплекс FRQ–FRH привлекает протеинкиназы, такие как казеинкиназа (CK I) и CK II, для фосфорилирования WCC. [27] Фосфорилирование WCC стабилизирует WCC, предотвращая его связывание и активацию транскрипции frq . Известно, что протеинфосфатазы PP2A и PP4 уравновешивают активность киназы и поддерживают реактивацию и проникновение WCC в ядро. [28]

Было также показано, что FRQ взаимодействует с WC-2 in vitro , а аллель частичной потери функции wc -2 приводит к появлению Neurospora с большой продолжительностью периода и измененной температурной компенсацией, что является ключевой характеристикой циркадных водителей ритма. [10] [29]

Только WC-1 требуется для кратковременной световой индукции, но и WC-1, и WC-2 требуются для работы циркадных часов. [10] [30] Поскольку ядро ​​часов основано на ритмической экспрессии frq , путь острой световой индукции обеспечивает прямой способ сброса часов. Часы млекопитающих могут быть сброшены с помощью аналогичного механизма, через световую индукцию генов per млекопитающих в SCN . [31]

Известно несколько мутантов WC-1. Мутация rhy-2 локализована в полиглутаминовой области продукта гена WC-1. Мутант rhy-2 аритмичен в отношении конидиогенеза в постоянной темноте, но ритмичен в цикле свет-темнота. Rhy-2 также слабо чувствителен к свету, что позволяет предположить, что полиглутаминовая область может быть важна как для функции часов, так и для светочувствительности у Neurospora . [32]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab Ballario P, Vittorioso P, Magrelli A, Talora C, Cabibbo A, Macino G (апрель 1996 г.). "Белый воротник-1, центральный регулятор реакций на синий свет у Neurospora, является белком с цинковым пальцем". The EMBO Journal . 15 (7): 1650–7. doi :10.1002/j.1460-2075.1996.tb00510.x. PMC  450076 . PMID  8612589.
  2. ^ ab Lee K, Loros JJ, Dunlap JC (июль 2000 г.). «Взаимосвязанные петли обратной связи в циркадной системе Neurospora». Science . 289 (5476): 107–110. Bibcode :2000Sci...289..107L. doi :10.1126/science.289.5476.107. PMID  10884222.
  3. ^ abcd Froehlich AC, Liu Y, Loros JJ, Dunlap JC (август 2002 г.). "White Collar-1, циркадный фоторецептор синего света, связывающийся с промотором частоты". Science . 297 (5582): 815–9. Bibcode :2002Sci...297..815F. doi : 10.1126/science.1073681 . PMID  12098706. S2CID  1612170.
  4. ^ ab Dunlap JC, Loros JJ (декабрь 2006 г.). «Как грибы отслеживают время: циркадная система у Neurospora и других грибов». Current Opinion in Microbiology . 9 (6): 579–87. doi :10.1016/j.mib.2006.10.008. PMID  17064954.
  5. ^ Baker CL, Loros JJ, Dunlap JC (январь 2012 г.). «Циркадные часы Neurospora crassa». FEMS Microbiology Reviews . 36 (1): 95–110. doi :10.1111/j.1574-6976.2011.00288.x. PMC 3203324. PMID  21707668 . 
  6. ^ ab Crosthwaite SK, Dunlap JC, Loros JJ (май 1997). "Neurospora wc-1 и wc-2: транскрипция, фотоответы и происхождение циркадной ритмичности". Science . 276 (5313): 763–9. doi :10.1126/science.276.5313.763. PMID  9115195.
  7. ^ Грибковая геномика . Elsevier. 2003.
  8. ^ ab Lee K, Dunlap JC, Loros JJ (январь 2003 г.). «Роль WHITE COLLAR-1 в циркадном и общем фотовосприятии у Neurospora crassa». Genetics . 163 (1): 103–14. doi :10.1093/genetics/163.1.103. PMC 1462414 . PMID  12586700. 
  9. ^ Talora C, Franchi L, Linden H, Ballario P, Macino G (сентябрь 1999 г.). «Роль комплекса белый воротничок-1-белый воротничок-2 в передаче сигнала синего света». The EMBO Journal . 18 (18): 4961–8. doi :10.1093/emboj/18.18.4961. PMC 1171567. PMID  10487748 . 
  10. ^ abcdefgh Dunlap JC (январь 1999). «Молекулярные основы циркадных часов». Cell . 96 (2): 271–90. doi : 10.1016/S0092-8674(00)80566-8 . PMID  9988221.
  11. ^ Pittendrigh CS, Bruce VG, Rosensweig NS, Rubin ML (июль 1959). «Закономерности роста в Neurospora: биологические часы в Neurospora». Nature . 184 (4681): 169–170. Bibcode :1959Natur.184..169P. doi :10.1038/184169a0. S2CID  26168520.
  12. ^ Perkins DD, Newmeyer D, Taylor CW, Bennett DC (1969). «Новые маркеры и последовательности карт в Neurospora crassa, с описанием картирования путем охвата дупликацией и множественных транслокационных запасов для проверки сцепления». Genetica . 40 (3): 247–78. doi :10.1007/BF01787357. PMID  5367562. S2CID  37772656.
  13. ^ Хардинг RW, Шропшир W (1980). «Фотоконтроль биосинтеза каротиноидов». Annual Review of Plant Physiology . 31 (1): 217–238. doi :10.1146/annurev.pp.31.060180.001245.
  14. ^ Perkins DD, Radford A, Newmeyer D, Björkman M (декабрь 1982 г.). «Хромосомные локусы Neurospora crassa». Microbiological Reviews . 46 (4): 426–570. doi :10.1128/mr.46.4.426-570.1982. PMC 281555 . PMID  6219280. 
  15. ^ Talora C, Franchi L, Linden H, Ballario P, Macino G (сентябрь 1999 г.). «Роль комплекса белый воротничок-1-белый воротничок-2 в передаче сигнала синего света». The EMBO Journal . 18 (18): 4961–4968. doi :10.1093/emboj/18.18.4961. PMC 1171567. PMID  10487748 . 
  16. ^ abc Liu Y, He Q, Cheng P (октябрь 2003 г.). «Фоторецепция в Neurospora: история двух белков White Collar». Cellular and Molecular Life Sciences . 60 (10): 2131–2138. doi :10.1007/s00018-003-3109-5. PMC 11146069 . PMID  14618260. S2CID  19236605. 
  17. ^ He Q, Cheng P, Yang Y, Wang L, Gardner KH, Liu Y (август 2002 г.). «Белый воротничок-1, фактор транскрипции, связывающий ДНК, и датчик света». Science . 297 (5582): 840–3. Bibcode :2002Sci...297..840H. doi : 10.1126/science.1072795 . PMID  12098705. S2CID  45341799.
  18. ^ Крицкий М.С., Белозерская Т.А., Соколовский В.И., Филиппович С.И. (июль – август 2005 г.). «[Фоторецепторный аппарат гриба Neurospora crassa]». Молекулярная биология . 39 (4): 602–617. ПМИД  16083009.
  19. ^ Льюис JA, Эскаланте-Семерена JC (август 2006 г.). «Фермент FAD-зависимая трикарбаллилатдегидрогеназа (TcuA) Salmonella enterica преобразует трикарбаллилат в цис-аконитат». Журнал бактериологии . 188 (15): 5479–5486. doi :10.1128/JB.00514-06. PMC 1540016. PMID 16855237  . 
  20. ^ Baker CL, Kettenbach AN, Loros JJ, Gerber SA, Dunlap JC (май 2009 г.). «Количественная протеомика выявляет динамический интерактом и фазоспецифическое фосфорилирование в циркадных часах Neurospora». Molecular Cell . 34 (3): 354–63. doi :10.1016/j.molcel.2009.04.023. PMC 2711022 . PMID  19450533. 
  21. ^ Hurley J, Loros JJ, Dunlap JC (2015). «Раскрытие механизмов часов в Neurospora». Циркадные ритмы и биологические часы, часть A. Методы в энзимологии. Том 551. С. 29–52. doi :10.1016/bs.mie.2014.10.009. ISBN 9780128012185. PMC  4351707 . PMID  25662450.
  22. ^ Gooch VD, Johnson AE, Larrondo LF, Loros JJ, Dunlap JC (февраль 2014 г.). «Осцилляционная реакция циркадного осциллятора Neurospora от яркого к тусклому». Journal of Biological Rhythms . 29 (1): 49–59. doi :10.1177/0748730413517983. PMC 4083493 . PMID  24492882. 
  23. ^ Schwerdtfeger C, Linden H (сентябрь 2003 г.). «VIVID — это флавопротеин, служащий грибковым фоторецептором синего света для фотоадаптации». The EMBO Journal . 22 (18): 4846–4855. doi :10.1093/emboj/cdg451. PMC 212719. PMID  12970196. 
  24. ^ Heintzen C, Loros JJ, Dunlap JC (февраль 2001 г.). «Протеин PAS VIVID определяет петлю обратной связи, связанную с часами, которая подавляет световой вход, модулирует стробирование и регулирует сброс часов». Cell . 104 (3): 453–64. doi : 10.1016/s0092-8674(01)00232-x . PMID  11239402.
  25. ^ Schwerdtfeger C, Linden H (февраль 2001 г.). «Адаптация к синему свету и десенсибилизация передачи светового сигнала у Neurospora crassa». Молекулярная микробиология . 39 (4): 1080–7. doi : 10.1046/j.1365-2958.2001.02306.x . PMID  11251826.
  26. ^ Бруннер М., Калди К. (апрель 2008 г.). «Связанные петли обратной связи циркадных часов Neurospora crassa». Молекулярная микробиология . 68 (2): 255–262. doi : 10.1111/j.1365-2958.2008.06148.x . PMID  18312266. S2CID  24217663.
  27. ^ Shi M, Collett M, Loros JJ, Dunlap JC (февраль 2010 г.). «Взаимодействующая с FRQ РНК-хеликаза опосредует отрицательную и положительную обратную связь в циркадных часах Neurospora». Genetics . 184 (2): 351–361. doi :10.1534/genetics.109.111393. PMC 2828717 . PMID  19948888. 
  28. ^ Cha J, Zhou M, Liu Y (2015). «Методы изучения молекулярных механизмов циркадных часов Neurospora». Циркадные ритмы и биологические часы, часть A. Методы в энзимологии. Т. 551. С. 137–151. doi :10.1016/bs.mie.2014.10.002. ISBN 9780128012185. PMC  4617788 . PMID  25662455.
  29. ^ Wang B, Kettenbach AN, Gerber SA, Loros JJ, Dunlap JC (сентябрь 2014 г.). «Neurospora WC-1 рекрутирует SWI/SNF для ремоделирования частоты и инициирования циркадного цикла». PLOS Genetics . 10 (9): e1004599. doi : 10.1371/journal.pgen.1004599 . PMC 4177678. PMID  25254987 . 
  30. ^ Crosthwaite SK, Loros JJ, Dunlap JC (июнь 1995 г.). «Светоиндуцированная переустановка циркадных часов опосредована быстрым увеличением частоты транскрипта». Cell . 81 (7): 1003–1012. doi : 10.1016/s0092-8674(05)80005-4 . PMID  7600569.
  31. ^ Shigeyoshi Y, Taguchi K, Yamamoto S, Takekida S, Yan L, Tei H, Moriya T, Shibata S, Loros JJ, Dunlap JC, Okamura H (декабрь 1997 г.). «Светоиндуцированная перезагрузка циркадных часов млекопитающих связана с быстрой индукцией транскрипта mPer1». Cell . 91 (7): 1043–1053. doi : 10.1016/s0092-8674(00)80494-8 . PMID  9428526.
  32. ^ Toyota K, Onai K, Nakashima H (сентябрь 2002 г.). «Новый мутант wc-1 Neurospora crassa демонстрирует уникальную светочувствительность в циркадном ритме конидиогенеза». Молекулярная генетика и геномика . 268 (1): 56–61. doi :10.1007/s00438-002-0722-1. PMID  12242499. S2CID  19611947.