Гибридный ген — это гибридный ген, образованный из двух ранее независимых генов. Это может произойти в результате транслокации , интерстициальной делеции или хромосомной инверсии . Было обнаружено, что слитые гены преобладают во всех основных типах неоплазий человека . [1] Идентификация этих слитых генов играет важную роль в качестве диагностического и прогностического маркера. [2]
Первый слитый ген [1] был описан в раковых клетках в начале 1980-х годов. Открытие было основано на открытии в 1960 году Питером Ноуэллом и Дэвидом Хангерфордом в Филадельфии небольшой аномальной маркерной хромосомы у пациентов с хроническим миелолейкозом — первой последовательной хромосомной аномалии, обнаруженной при злокачественных новообразованиях человека, позже названной Филадельфийской хромосомой . [3] В 1973 году Джанет Роули из Чикаго показала, что Филадельфийская хромосома возникла в результате транслокации между хромосомами 9 и 22 , а не в результате простой делеции хромосомы 22, как считалось ранее. Несколько исследователей в начале 1980-х годов показали, что транслокация филадельфийской хромосомы привела к образованию нового слитого гена BCR::ABL1, состоящего из 3'-части гена ABL1 в точке разрыва на хромосоме 9 и 5'-части гена. называется BCR в точке разрыва на хромосоме 22. В 1985 году было четко установлено, что слитый ген на хромосоме 22 продуцирует аномальный химерный белок BCR::ABL1, способный индуцировать хронический миелолейкоз.
Уже 30 лет известно, что соответствующий слияние генов играет важную роль в онкогенезе. [4] Слитые гены могут способствовать образованию опухолей, поскольку слитые гены могут производить гораздо более активный аномальный белок, чем неслитые гены. Часто слитые гены являются онкогенами , вызывающими рак ; к ним относятся BCR-ABL , [5] TEL-AML1 ( ALL с t(12; 21)), AML1-ETO ( M2 AML с t(8; 21)), и TMPRSS2 - ERG с интерстициальной делецией на хромосоме 21 , часто встречается при раке простаты. [6] В случае TMPRSS2-ERG, нарушая передачу сигналов андрогенного рецептора (AR) и ингибируя экспрессию AR онкогенным фактором транскрипции ETS, продукт слияния регулирует рак простаты. [7] Большинство слитых генов обнаруживаются при гематологических раковых заболеваниях , саркомах и раке простаты . [1] [8] BCAM-AKT2 представляет собой слитый ген, который специфичен и уникален для серозного рака яичников высокой степени злокачественности . [9]
Онкогенные слитые гены могут привести к образованию генного продукта с новой или отличной функцией от двух партнеров слияния. Альтернативно, протоонкоген слит с сильным промотором , и, таким образом, онкогенная функция активируется за счет положительной регуляции , вызванной сильным промотором вышестоящего партнера по слиянию. Последнее часто встречается при лимфомах , где онкогены соседствуют с промоторами генов иммуноглобулинов . [10] Онкогенные транскрипты слияния также могут быть вызваны событиями транс-сплайсинга или считывания . [11]
Поскольку хромосомные транслокации играют столь значительную роль в неоплазиях, была создана специализированная база данных хромосомных аберраций и слияний генов при раке. Эта база данных называется «База данных Мительмана о хромосомных аберрациях и слияниях генов при раке». [12]
Наличие определенных хромосомных аберраций и возникающих в результате слияния генов обычно используется в диагностике рака для постановки точного диагноза. Анализ хромосомных полос , флуоресцентная гибридизация in situ (FISH) и полимеразная цепная реакция с обратной транскрипцией (RT-PCR) являются распространенными методами, используемыми в диагностических лабораториях. Все эти методы имеют свои явные недостатки из-за очень сложной природы раковых геномов . Недавние разработки, такие как высокопроизводительное секвенирование [13] и индивидуальные микрочипы ДНК, обещают внедрение более эффективных методов. [14]
Слияние генов играет ключевую роль в эволюции генной архитектуры. Мы можем наблюдать его эффект, если в кодирующих последовательностях происходит слияние генов. [15] Дупликация, дивергенция последовательностей и рекомбинация являются основными факторами, влияющими на эволюцию генов. [16] Эти события, вероятно, могут привести к образованию новых генов из уже существующих частей. Когда слияние генов происходит в области некодирующей последовательности, это может привести к неправильной регуляции экспрессии гена, который теперь находится под контролем цис -регуляторной последовательности другого гена. Если это происходит в кодирующих последовательностях, слияние генов вызывает сборку нового гена, а затем позволяет появление новых функций за счет добавления пептидных модулей в многодоменный белок. [15] Методы обнаружения событий слияния генов в большом биологическом масштабе могут дать представление о мультимодульной архитектуре белков. [17] [18] [19]
Пурины , аденин и гуанин — две из четырех основ универсального генетического кода, кодирующих информацию . Биосинтез этих пуринов происходит сходными, но не идентичными путями у разных видов трех областей жизни: архей , бактерий и эукариот . Основной отличительной чертой путей биосинтеза пуринов у бактерий является преобладание слияний генов, при которых два или более фермента биосинтеза пуринов кодируются одним геном. [20] Подобные слияния генов происходят почти исключительно между генами, которые кодируют ферменты, выполняющие последовательные этапы биосинтетического пути. Эукариотические виды обычно демонстрируют наиболее распространенные слияния генов, наблюдаемые у бактерий, но, кроме того, имеют новые слияния, которые потенциально увеличивают метаболический поток.
В последние годы уже стала доступна технология секвенирования следующего поколения для скрининга известных и новых событий слияния генов в масштабах всего генома. Однако предварительным условием крупномасштабного обнаружения является парное секвенирование транскриптома клетки . Направление обнаружения слитых генов в основном направлено на анализ и визуализацию данных. Некоторые исследователи уже разработали новый инструмент под названием Transcriptome Viewer (TViewer) для прямой визуализации обнаруженных слияний генов на уровне транскриптов. [21]
Биологи также могут намеренно создавать слитые гены в исследовательских целях. Слияние репортерных генов с регуляторными элементами интересующих генов позволяет исследователям изучать экспрессию генов. Слияния репортерных генов можно использовать для измерения уровней активности генных регуляторов, идентификации регуляторных участков генов (включая необходимые сигналы), идентификации различных генов, которые регулируются в ответ на один и тот же стимул, и искусственного контроля экспрессии, в частности, желаемых генов. клетки. [22] Например, создав слитый ген интересующего белка и зеленого флуоресцентного белка , интересующий белок можно наблюдать в клетках или тканях с помощью флуоресцентной микроскопии . [23] Белок, синтезируемый при экспрессии слитого гена , называется слитым белком .