Хеликаза MLE (DHX9) регулирует экспрессию конститутивной и индуцибельной изоформ консервативного ядерного рецептора FTZ-F1 (NR5A3)

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Хеликаза MLE Drosophila melanogaster участвует не только в дозовой компенсации, но и выполняет множество функций в регуляции экспрессии генов, как и ее ортолог DHX9 человека. Многие функции MLE консервативны в эволюции и при этом не изучены. MLE, как показано ранее, участвует в регуляции индуцибельной транскрипции гена ftz-f1, кодирующего эволюционно-консервативный ядерный рецептор NR5A3. Ген ftz-f1 кодирует также и конститутивный транскрипт, синтез которого начинается с альтернативного промотора. В настоящей работе изучали роль MLE в регуляции конститутивной транскрипции гена ftz-f1. Показано, что в культуре клеток S2 MLE связывается с конститутивным промотором и контролирует как индуцибельную, так и конститутивную транскрипцию этого гена. Обнаружен новый цис-регуляторный элемент гена ftz-f1 – энхансер 663, с которым связывается MLE. Методом фиксации конформации хромосом показано, что в культуре клеток S2 энхансер 663 взаимодействует с конститутивным и индуцибельным промоторами гена ftz-f1. Изучение активности энхансера 663 по уровню ацетилирования гистона Н3 показало, что он вовлечен в работу обоих промоторов. Нокдаун MLE в культуре клеток S2 вызывает усиление конститутивной транскрипции. Впервые показано влияние in vivo MLE D. melanogaster на транскрипцию вне дозовой компенсации на стадии имаго. Показано, что на стадии имаго MLE связывается с обоими промоторами и с энхансером 663. Мутация в гене mle приводит к усилению экспрессии обоих транскриптов гена ftz-f1 у самок. Полученные данные важны для понимания и дальнейшего изучения эволюционно-консервативных механизмов работы хеликазы MLE D. melanogaster и ее ортолога DHX9 у человека.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Ю. В. Николенко

Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: julia.v.nikolenko@gmail.com
Россия, Москва

С. Г. Георгиева

Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта Российской академии наук

Email: julia.v.nikolenko@gmail.com
Россия, Москва

Список литературы

  1. Lee C.G., Hurwitz J. (1993) Human RNA helicase A is homologous to the maleless protein of Drosophila. J. Biol. Chem. 268, 16822–16830.
  2. Lee T., Pelletier J. (2016) The biology of DHX9 and its potential as a therapeutic target. Oncotarget. 7, 42716–42739.
  3. Calame D.G., Guo T., Wang C., Garrett L., Jolly A., Dawood M., Kurolap A., Henig N.Z., Fatih J.M., Herman I., Du H., Mitani T., Becker L., Rathkolb B., Gerlini R., Seisenberger C., Marschall S., Hunter J.V., Gerard A., Heidlebaugh A., Challman T., Spillmann R.C., Jhangiani S.N., Coban-Akdemir Z., Lalani S., Liu L., Revah-Politi A., Iglesias A., Guzman E., Baugh E., Boddaert N., Rondeau S., Ormieres C., Barcia G., Tan Q.K.G., Thiffault I., Pastinen T., Sheikh K., Biliciler S., Mei D., Melani F., Shashi V., Yaron Y., Steele M., Wakeling E., Østergaard E., Nazaryan-Petersen L.; Undiagnosed Diseases Network; Millan F., Santiago-Sim T., Thevenon J., Bruel A.L., Thauvin-Robinet C., Popp D., Platzer K., Gawlinski P., Wiszniewski W., Marafi D., Pehlivan D., Posey J.E., Gibbs R.A., Gailus-Durner V., Guerrini R., Fuchs H., Hrabě de Angelis M., Hölter S.M., Cheung H.H., Gu S., Lupski J.R. (2023) Monoallelic variation in DHX9, the gene encoding the DExH-box helicase DHX9, underlies neurodevelopment disorders and Charcot-Marie-Tooth disease. Am. J. Hum. Genet. 110, 1394–1413.
  4. Gulliver C., Hoffmann R., Baillie G.S. (2020) The enigmatic helicase DHX9 and its association with the hallmarks of cancer. Future Sci. OA. 7, FSO650.
  5. Kotlikova I.V., Demakova O.V., Semeshin V.F., Shloma V.V., Boldyreva L.V., Kuroda M.I., Zhimulev I.F. (2006) The Drosophila dosage compensation complex binds to polytene chromosomes independently of developmental changes in transcription. Genetics. 172, 963–974.
  6. Cugusi S., Li Y., Jin P., Lucchesi J.C. (2016) The Drosophila helicase MLE targets hairpin structures in genomic transcripts. PLoS Genet. 12, e1005761.
  7. Cugusi S., Kallappagoudar S., Ling H., Lucchesi J.C. (2015) The Drosophila helicase maleless (MLE) is implicated in functions distinct from its role in dosage compensation. Mol. Cell. Proteomics. 14, 1478–1488.
  8. Николенко Ю.В., Куршакова М.М., Краснов А.Н. (2019) Мультифункциональный белок ENY2 взаимодействует с РНК-хеликазой MLE. Докл. Акад. Наук. 489, 637–640.
  9. Николенко Ю.В., Куршакова М.М., Краснов%А.Н., Георгиева С.Г. (2021) Хеликаза MLE – новый участник регуляции транскрипции гена ftz-f1, кодирующего ядерный рецептор у высших эукариот. Докл. Акад. Наук. Науки о жизни. 496, 48–51.
  10. Beachum A.N., Whitehead K.M., McDonald S.I., Phipps D.N., Berghout H.E., Ables E.T. (2021) Orphan nuclear receptor ftz-f1 (NR5A3) promotes egg chamber survival in the Drosophila ovary. G3 (Bethesda). 11, jkab003.
  11. Hughes C.H.K., Smith O.E., Meinsohn M.C., Brunelle M., Gévry N., Murphy B.D. (2023) Steroidogenic factor 1 (SF-1; Nr5a1) regulates the formation of the ovarian reserve. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 120, e2220849120.
  12. Ueda H., Sonoda S., Lesley Brown J., Scott M.P., Wu C. (1990) A sequence-specific DNA-binding protein that activates fushi tarazu segmentation gene expression. Genes Dev. 4, 624–635.
  13. Vorobyeva N.E., Nikolenko J.V., Nabirochkina E.N., Krasnov A.N., Shidlovskii Y.V., Georgieva S.G. (2012) SAYP and Brahma are important for ‘repressive’ and ‘transient’ Pol II pausing. Nucl. Acids Res. 40, 7319–7331.
  14. Lavorgna G., Karim F.D., Thummel C.S., Wu C. (1993) Potential role for a FTZ-F1 steroid receptor superfamily member in the control of Drosophila metamorphosis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 90, 3004–3008.
  15. Ohno C.K., Ueda H., Petkovich M. (1994) The Drosophila nuclear receptors FTZ-Flα and FTZ-F1β compete as monomers for binding to a site in the fushi tarazu gene. Mol. Cell Biol. 14, 3166–3175.
  16. Yu Y., Li W., Su K., Yussa M., Han W., Perrimon N., Pick L. (1997) The nuclear hormone receptor Ftz-F1 is a cofactor for the Drosophila homeodomain protein Ftz. Nature. 385, 552–555.
  17. Broadus J., McCabe J.R., Endrizzi B., Thummel C.S., Woodard C.T. (1999) The Drosophila beta FTZ-F1 orphan nuclear receptor provides competence for stage-specific responses to the steroid hormone ecdysone. Mol. Cell. 3, 143–149.
  18. Woodard C.T., Baehrecke E.H., Thummel C.S. (1994) A molecular mechanism for the stage specificity of the Drosophila prepupal genetic response to ecdysone. Cell. 79, 607–615.
  19. Boulanger A., Clouet-Redt C., Farge M., Flandre A., Guignard T., Fernando C., Juge F., Dura J.M. (2011) ftz-f1 and Hr39 opposing roles on EcR expression during Drosophila mushroom body neuron remodeling. Nat. Neurosci. 14, 37–46.
  20. Yamada M.A., Murata T., Hirose S., Lavorgna G., Suzuki E., Ueda H. (2000) Temporally restricted expression of transcription factor betaFTZ-F1: significance for embryogenesis, molting and metamorphosis in Drosophila melanogaster. Development. 127, 5083–5092.
  21. Clemens J.C., Worby C.A., Simonson-Leff N., Muda M., Maehama T., Hemmings B.A., Dixon J.E. (2000) Use of double-stranded RNA interference in Drosophila cell lines to dissect signal transduction pathways. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 97, 6499–6503.
  22. Гаврилов А.А., Разин С.В. (2008) Изучение пространственной организации домена альфа-глобиновых генов кур методом 3С. Биохимия. 73, 1486–1494.
  23. Arnold C.D., Gerlach D., Stelzer C., Boryń Ł.M., Rath M., Stark A. (2013) Genome-wide quantitative enhancer activity maps identified by STARR-seq. Science. 339, 1074–1077.
  24. Yáñez-Cuna J.O., Arnold C.D., Stampfel G., Borýn Ł.M., Gerlach D., Rath M., Stark A. (2014) Dissection of thousands of cell type-specific enhancers identifies dinucleotide repeat motifs as general enhancer features. Genome Res. 24, 1147–1156.
  25. de Almeida B.P., Reiter F., Pagani M., Stark A. (2022) DeepSTARR predicts enhancer activity from DNA sequence and enables the de novo design of synthetic enhancers. Nat. Genet. 54, 613–624.
  26. Heintzman N.D., Stuart R.K., Hon G., Fu Y., Ching C.W., Hawkins R.D., Barrera L.O., Van Calcar S., Qu C., Ching K.A., Wang W., Weng Z., Green R.D., Crawford G.E., Ren B. (2007) Distinct and predictive chromatin signatures of transcriptional promoters and enhancers in the human genome. Nat. Genet. 39, 311–318.
  27. Koenecke N., Johnston J., Gaertner B., Natarajan M., Zeitlinger J. (2016) Genome-wide identification of Drosophila dorso-ventral enhancers by differential histone acetylation analysis. Genome Biol. 17, 196.
  28. Ong C.T., Corces V.G. (2011) Enhancer function: new insights into the regulation of tissue-specific gene expression. Nat. Rev. Genet. 12, 283–293.
  29. Cubenãs-Potts C., Rowley M.J., Lyu X., Li G., Lei E.P., Corces V.G. (2017) Different enhancer classes in Drosophila bind distinct architectural proteins and mediate unique chromatin interactions and 3D architecture. Nucl. Acids Res. 45, 1714–1730.
  30. Marsman J., Horsfield J.A. (2012) Long distance relationships: enhancer-promoter communication and dynamic gene transcription. Biochim. Biophys. Acta. 1819, 1217–1227.
  31. Ашниев Г.А., Георгиева С.Г., Николенко Ю.В. (2024) Функции хеликазы MLE Drosophila melanogaster вне дозовой компенсации: молекулярная природа и плейотропный эффект мутации mle[9]. Генетика. 60, 34–46.
  32. Николенко Ю.В., Георгиева С.Г., Копытова Д.В. (2023) Разнообразие функций хеликазы MLE в регуляции экспрессии генов у высших эукариот. Молекуляр. биология. 57, 10–23.
  33. Николенко Ю.В., Краснов А.Н., Воробьева Н.Е. (2019) Ремоделирующий хроматин комплекс SWI/SNF влияет на пространственную организацию локуса гена ftz-f1. Генетика. 55, 156–164.
  34. Николенко Ю.В., Краснов А.Н., Мазина М.Ю., Георгиева С.Г., Воробьева Н.Е. (2017) Изучение свойств нового экдизонзависимого энхансера. Докл. Акад. Наук. 474, 756–759.
  35. Mazina M.Yu., Kovalenko E.V., Derevyanko P.K., Nikolenko J.V., Krasnov A.N., Vorobyeva N.E. (2018) One signal stimulates different transcriptional activation mechanisms. Biochim. Biophys. Acta (BBA) – Gene Regulatory Mechanisms. 1861, 178–189.
  36. Mazina M.Y., Nikolenko J.V, Fursova N.A., Nedil’ko P.N., Krasnov A.N., Vorobyeva N.E. (2015) Early-late genes of the ecdysone cascade as models for transcriptional studies. Cell Cycle. 14, 3593–3601.
  37. Vorobyeva N.E., Nikolenko J.V., Krasnov A.N., Kuzmina J.L., Panov V.V., Nabirochkina E.N., Georgieva S.G., Shidlovskii Y.V. (2011) SAYP interacts with DHR3 nuclear receptor and participates in ecdysone-dependent transcription regulation. Cell Cycle. 10, 1821–1827.
  38. Samata M., Akhtar A. (2018) Dosage compensation of the X chromosome: a complex epigenetic assignment involving chromatin regulators and long noncoding RNAs. Annu. Rev. Biochem. 87, 323–350.
  39. McDowell K.A., Hilfiker A, Lucchesi J.C. (1996) Dosage compensation in Drosophila: the X chromosome binding of MSL-1 and MSL-2 in female embryos is prevented by the early expression of the Sxl gene. Mech. Dev. 57,113–119.
  40. Aratani S., Kageyama Y., Nakamura A., Fujita H., Fujii R., Nishioka K., Nakajima T. (2008) MLE activates transcription via the minimal transactivation domain in Drosophila. Int. J. Mol. Med. 21, 469–476.
  41. Knapp E.M., Li W., Singh V., Sun J. (2020) Nuclear receptor Ftz-f1 promotes follicle maturation and ovulation partly via bHLH/PAS transcription factor Sim. Elife. 9, e54568.
  42. Meinsohn M.C., Smith O.E., Bertolin K., Murphy B.D. (2019) The orphan nuclear receptors steroidogenic factor-1 and liver receptor homolog-1: structure, regulation, and essential roles in mammalian reproduction. Physiol. Rev. 99, 1249–1279.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Строение гена ftz-f1 и его экспрессия в клетках линии S2 D. melanogaster. а – Схематическое изображение гена ftz-f1 и его транскриптов: конститутивного ftz-f1-B и индуцибельного ftz-f1-C. Экзоны обозначены серыми прямоугольниками, кодирующая область выделена более светлым цветом, стрелками обозначены сайты старта транскрипции, звездочкой показано положение энхансера в третьем интроне. Черные отрезки (1–7) указывают положение праймеров, B и C – “якорных” праймеров, использованных для 3С-анализа пространственной структуры гена. б – Изменения уровня экспрессии конститутивного и индуцибельного транскриптов гена ftz-f1 в модельной системе в клетках S2 D. melanogaster. Здесь и далее: “–” – в среде без добавления экдизона, “+” – после инкубации в среде с 0.3 мкМ экдизона в течение 16 ч, “+;-” – после отмывки и последующей инкубации в среде без экдизона в течение 3 ч. Здесь и далее: уровень экспрессии гена ftz-f1 нормировали на уровень экспрессии контрольного гена ras64B. Уровень экспрессии представлен в относительных единицах, за 1 принят уровень ftz-f-C на стадии “–”. в – Изменения уровня экспрессии конститутивного транскрипта ftz-f-B в модельной системе в клетках S2 на фоне нокдауна MLE методом РНК-интерференции. Уровень экспрессии представлен в относительных единицах, за 1 принят уровень ftz-f-B в контроле на стадии “–”.

Скачать (168KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Изучение энхансера 663 в модельной системе в клетках линии S2 D. melanogaster методом иммунопреципитации хроматина. а – Анализ связывания MLE c энхансером 663 и промоторами конститутивного и индуцибельного транскриптов гена ftz-f1. “+1600” – контрольная точка с низким уровнем связывания MLE. б – Содержание (%) модификаций гистона H3 относительно общего количества гистона H3 на энхансере 663. H3me1K4 – гистон Н3, монометилированный по остатку лизина 4; H3AcK27 – гистон Н3, ацетилированный по остатку лизина 27.

Скачать (86KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Анализ взаимодействия энхансера 663 с конститутивным (а) и индуцибельным (б) промоторами гена ftz-f1 методом фиксации конформации хромосом (3С). Экзоны обозначены серыми прямоугольниками, кодирующая область выделена более светлым цветом; стрелками обозначены сайты старта транскрипции; звездочкой показано положение энхансера 663; отрезки (1–7) указывают положение праймеров, черные столбики B и C – положение “якорных” праймеров. Расстояние указано в п.н. относительно старта транскрипции. Частота лигирования указана в относительных единицах, за 1 принята частота лигирования энхансера 663 с промотором B (а) и промотором С (б) соответственно на стадии “–”.

Скачать (134KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Изучение влияния MLE на экспрессию гена ftz-f1 in vivo в самках D. melanogaster на стадии имаго. а – Изменения уровня экспрессии конститутивного и индуцибельного транскриптов гена ftz-f1 на фоне мутации mle[9]. wt – дикий тип. Уровень экспрессии представлен в относительных единицах, за 1 принят уровень экспрессии контрольного гена ras64B. б – Анализ связывания мутантного варианта белка MLE (mle[9]) и белка дикого типа (wt) c энхансером 663, конститутивным и индуцибельным промоторами гена ftz-f1 методом иммунопреципитации хроматина. “+1600” – контрольная точка с низким уровнем связывания MLE.

Скачать (142KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025