Анализ транскриптома кишечника у имаго Drosophila melanogaster с нокдауном гена Gagr, доместицированного гена gag эррантивирусов

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

В результате молекулярной доместикации гена gag эррантивирусов в геноме Drosophila melanogaster сформировался ген Gagr. Ранее самый высокий уровень транскрипции гена Gagr был выявлен в кишечнике, причем транскрипция наиболее эффективно индуцировалась у самок в ответ на добавление в корм персульфата аммония. В представленной работе изучен транскриптом кишечника самок с нокдауном гена Gagr во всех тканях в стандартных условиях и в условиях стресса, вызванного персульфатом аммония. Показано, что в кишечнике самок с нокдауном гена Gagr активированы гены антимикробных пептидов, контролируемых сигнальными путями Toll и Imd. Индукция стрессового ответа персульфатом аммония выявила нарушение работы сигнальных путей JAK/STAT и Jnk/MAPK и практически полное отсутствие активации работы путей ответа на стресс эндоплазматического ретикулума и несвернутых белков у особей с нокдауном гена Gagr. Полученные данные подтверждают важную роль гена Gagr в поддержании гомеостаза и в иммунном ответе.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

М. Л. Никитина

Биологический факультет Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова

Email: nefedova@mail.bio.msu.ru
Россия, Москва, 119234

П. А. Миляева

Биологический факультет Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова

Email: nefedova@mail.bio.msu.ru
Россия, Москва, 119234

И. В. Кузьмин

Биологический факультет Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова

Email: nefedova@mail.bio.msu.ru
Россия, Москва, 119234

Л. Н. Нефедова

Биологический факультет Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова

Автор, ответственный за переписку.
Email: nefedova@mail.bio.msu.ru
Россия, Москва, 119234

Список литературы

  1. Malik H.S., Henikoff S. (2005) Positive selection of Iris, a retroviral envelope-derived host gene in Drosophila melanogaster. PLoS Genet. 1(4), e44.
  2. Nefedova L.N., Kuzmin I.V., Makhnovskii P.A., Kim A.I. (2014) Domesticated retroviral GAG gene in Drosophila: new functions for an old gene. Virology. 450–451, 196.
  3. Guruharsha K.G., Rual J.-F., Zhai B., Mintseris J., Vaidya P., Vaidya N., Beekman C., Wong C., Rhee D.Y., Cenaj O., McKillip E., Shah S., Stapleton M., Wan K.H., Yu C., Parsa B., Carlson J.W., Chen X., Kapadia B., VijayRaghavan K., Gygi S.P., Celniker S.E., Obar R.A., Artavanis-Tsakonas S. (2011) A protein complex network of Drosophila melanogaster. Cell. 147, 690–703.
  4. Parua P.K., Young E.T. (2014) Binding and transcriptional regulation by 14-3-3 (Bmh) proteins requires residues outside of the canonical motif. Eukaryot. Cell. 13, 21–30.
  5. Moretti A.I.S., Laurindo F.R.M. (2017) Protein disulfide isomerases: redox connections in and out of the endoplasmic reticulum. Arch. Biochem. Biophys. 617, 106–119.
  6. Fraser C.S., Lee J.Y., Mayeur G.L., Bushell M., Doudna J.A., Hershey J.W. (2004) The j-subunit of human translation initiation factor eIF3 is required for the stable binding of eIF3 and its subcomplexes to 40 S ribosomal subunits in vitro. J. Biol. Chem. 279, 8946–8956.
  7. Majzoub K., Hafirassou M.L., Meignin C., Goto A., Marzi S., Fedorova A., Verdier Y., Vinh J., Hoffmann J.A., Martin F., Baumert T.F., Schuster C., Imler J.L. (2014) RACK1 controls IRES-mediated translation of viruses. Cell. 159, 1086–1095.
  8. Nefedova L., Gigin A., Kim A. (2022) Domesticated LTR-retrotransposon gag-related gene (Gagr) as a member of the stress response network in Drosophila. Life. 12, 364.
  9. Makhnovskii P., Balakireva Y., Nefedova L., Lavrenov A., Kuzmin I., Kim A. (2020) Domesticated gag gene of Drosophila LTR retrotransposons is involved in response to oxidative stress. Genes. 11, 396.
  10. Bunker B.D., Nellimoottil T.T., Boileau R.M., Classen A.K., Bilder D. (2015) The transcriptional response to tumorigenic polarity loss in Drosophila. Elife. 4, e03189.
  11. Dostert C., Jouanguy E., Irving P., Troxler L., Galiana-Arnoux D., Hetru C., Homann J.A., Imler J.L. (2005) The JAK/STAT signaling pathway is required but not sufficient for the antiviral response of Drosophila. Nat. Immunol. 6, 946–953.
  12. Paradkar P.N., Trinidad L., Voysey R., Duchemin J.-B., Walker P.J. (2012) Secreted Vago restricts West Nile virus infection in Culex mosquito cells by activating the JAK/STAT pathway. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 109, 18915–18920.
  13. Zhou Y., Zhou B., Pache L., Chang M., Khodabakhshi A.H., Tanaseichuk O., Benner C., Chanda S.K. (2019) Metascape provides a biologist-oriented resource for the analysis of systems-level datasets. Nat. Commun. 10(1), 1523.
  14. Lee J.H., Cho K.S., Lee J., Yoo J., Lee J., Chung J. (2001) Diptericin-like protein: an immune response gene regulated by the anti-bacterial gene induction pathway in Drosophila. Gene. 271(2), 233–238.
  15. Agaisse H., Petersen U.M., Boutros M., Mathey-Prevot B., Perrimon N. (2003) Signaling role of hemocytes in Drosophila JAK/STAT-dependent response to septic injury. Dev. Cell. 5(3), 441–450.
  16. Biteau B., Karpac J., Hwangbo D., Jasper H. (2011) Regulation of Drosophila lifespan by JNK signaling. Exp. Gerontol. 46(5), 349.
  17. Johnson G.L., Nakamura K. (2007) The c-jun kinase/stress-activated pathway: regulation, function and role in human disease. Biochim. Bioph. Acta. 1773(8), 1341.
  18. Belozerov V.E., Lin Z.-Y., Gingras A.-C., McDermott J.C., Michael Siu K.W. (2012) High resolution protein interaction map of the Drosophila melanogaster p38 mitogen-activated protein kinases reveals limited functional redundancy. Mol. Cell. Biol. 32(18), 3695.
  19. Amoyel M., Anderson A.M., Bach E.A. (2014) JAK/STAT pathway dysregulation in tumors: a Drosophila perspective. Semin. Cell Dev. Biol. 28, 96.
  20. Kingsolver M.B., Huang Z., Hardy R.W. (2013) Insect antiviral innate immunity: pathways, effectors, and connections. J. Mol. Biol. 425(24), 4921.
  21. La Fortezza M., Schenk M., Cosolo A., Kolybaba A., Grass I., Classen A.-K. (2016) JAK/STAT signalling mediates cell survival in response to tissue stress. Development. 143(16), 2907.
  22. Ryoo H.D., Domingos P.M., Kang M.-J., Steller H. (2007) Unfolded protein response in a Drosophila model for retinal degeneration. EMBO J. 26(1), 242.
  23. Ryoo H.D. (2015) Drosophila as a model for unfolded protein response research. BMB Rep. 48(8), 445.
  24. Hollien J., Weissman J.S. (2006) Decay of endoplasmic reticulum-localized mRNAs during the unfolded protein response. Science. 313(5783), 104.
  25. Hewes R.S., Schaefer A.M., Taghert P.H. (2000) The cryptocephal gene (ATF4) encodes multiple basic-leucine zipper proteins controlling molting and metamorphosis in Drosophila. Genetics. 155(4), 1711.
  26. Brown B., Finnegan S.M., Roach D., Vasudevan D., Ryoo H.D. (2021) The transcription factor Xrp1 is required for PERK-mediated antioxidant gene induction in Drosophila. eLife. 10, e74047.
  27. He Y., Chen Y., Song W., Zhu L., Dong Z., Ow D.W. (2017) A Pap1–Oxs1 signaling pathway for disulfide stress in Schizosaccharomyces pombe. Nucl. Acids Res. 45, 106–114.
  28. Kudo N., Taoka H., Toda T., Horinouchi S. (1999) A novel nuclear export signal sensitive to oxidative stress in the fission yeast transcription factor Pap1. J. Biol. Chem. 274, 15151–15158.
  29. Li S., Wang L., Fu B., Berman M.A., Diallo A., Dorf M.E. (2014) TRIM65 regulates microRNA activity by ubiquitination of TNRC6. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 111, 6970–6975.
  30. Malinová A., Cvačková Z., Matějů D., Hořejší Z., Abéza C., Vandermoere F., Bertrand E., Staněk D., Verheggen C. (2017) Assembly of the U5 snRNP component PRPF8 is controlled by the HSP90/R2TP chaperones. J. Cell Biol. 216, 1579–1596.
  31. Kırlı K., Karaca S., Dehne H.J., Samwer M., Pan K.T., Lenz C., Urlaub H., Görlich D. (2015) A deep proteomics perspective on CRM1-mediated nuclear export and nucleocytoplasmic partitioning. Elife. 4, e11466.
  32. Telkoparan P., Erkek S., Yaman E., Alotaibi H., Bayık D., Tazebay U.H. (2013) Coiled-coil domain containing protein 124 is a novel centrosome and midbody protein that interacts with the Ras-guanine nucleotide exchange factor 1B and is involved in cytokinesis. PLoS One. 8, e69289.
  33. Castello A., Fischer B., Eichelbaum K., Horos R., Beckmann B.M., Strein C., Davey N.E., Humphreys D.T., Preiss T., Steinmetz L.M., Krijgsveld J., Hentze M.W. (2012) Insights into RNA biology from an atlas of mammalian mRNA-binding proteins. Cell. 149, 1393–1406.
  34. Wells J.N., Buschauer R., Mackens-Kiani T., Best K., Kratzat H., Berninghausen O., Becker T., Gilbert W., Cheng J., Beckmann R. (2020) Structure and function of yeast Lso2 and human CCDC124 bound to hibernating ribosomes. PLoS Biol. 18(7), e3000780.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Таблица 1п
Скачать (132KB)
Метаданные
3. Таблица 2п
Скачать (41KB)
Метаданные
4. Таблица 3п
Скачать (65KB)
Метаданные
5. Таблица 4п
Скачать (43KB)
Метаданные
6. Таблица 5п
Скачать (51KB)
Метаданные
7. Таблица 6п
Скачать (24KB)
Метаданные
8. Таблица 7п
Скачать (353KB)
Метаданные
9. Рис. 1. Сравнительный анализ транскриптомов кишечника самок с нокдауном гена Gagr и контрольных самок. а – Тепловая карта и кластерный анализ транскриптомов кишечника самок с нокдауном гена Gagr и контрольных самок, культивированных в стандартных условиях и на среде с APS. б – Обогащение функциональными категориями генов с дифференциальной экспрессией (|LFC| > 2) в кишечнике самок с нокдауном гена Gagr относительно контрольной линии. На шкале абсцисс приведено отрицательное значение десятичного логарифма P-value для данной категории. в – Обогащение функциональными категориями генов с повышенной и пониженной транскрипцией при стрессовом ответе (|LFC| > 2) у контрольных самок и самок с нокдауном гена Gagr. г – Диаграммы Венна, показывающие количество общих генов, транскрипция которых изменилась при стрессовом ответе у контрольных самок (К) и самок с нокдауном Gagr (Gagr-RNAi), и их обогащение функциональными категориями.

Скачать (101KB)
Метаданные
10. Рис. 2. Обогащение функциональными категориями генов с повышенной транскрипцией (LFC > 2) в кишечнике контрольных самок и не изменившими или понизившими транскрипцию в кишечнике самок с нокдауном Gagr (LFC < 0.5). Под диаграммой показана кластерная сеть функциональных категорий генов, построенная в программе Metascape (пояснения в тексте).

Скачать (109KB)
Метаданные
11. Рис. 3. Транскрипционный ответ генов сигнальных путей JNK/MAPK, JAK/STAT и ЭПР-стресса в ответ на воздействие персульфата аммония в кишечнике контрольных самок (а) и самок с нокдауном Gagr (б). Для построения схем сигнальных путей использованы данные из работ [20] и [23]. Красным показаны гены, транскрипция которых повысилась более чем в 2 раза. Розовым выделены гены, чья экспрессия повысилась в 1.5–2 раза. В скобках около генов приведено значение LFC, жирным выделены киназы; xbp1s – сплайсированная форма xbp1. *TotA – экспрессия этого гена у особей с нокдауном ниже, чем в контроле, но индуцируется при стрессовом ответе; **hid – экспрессия этого гена у особей с нокдауном Gagr выше, чем в контроле, и не индуцируется при стрессовом ответе.

Скачать (92KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024