A Drosophila telomer védelmét szolgáló fehérjék fajképzésben betöltött lehetséges szerepének vizsgálata
Eukariótákban a lineáris kromoszómák végei egy speciális kromatin szerkezetbe szerveződnek, melyet telomernek nevezünk. A telomer meggátolja a különböző kromoszómák fúzióját és megakadályozza a kromoszóma végek degradációját, megőrizve a genom integritását. Ezekben a folyamatokban kulcsfontosságú sz...
Elmentve itt :
| Szerző: | |
|---|---|
| További közreműködők: | |
| Dokumentumtípus: | Disszertáció |
| Megjelent: |
2017-05-17
|
| Tárgyszavak: | |
| doi: | 10.14232/phd.3926 |
| mtmt: | 3267993 |
| Online Access: | http://doktori.ek.szte.hu/3926 |
| Tartalmi kivonat: | Eukariótákban a lineáris kromoszómák végei egy speciális kromatin szerkezetbe szerveződnek, melyet telomernek nevezünk. A telomer meggátolja a különböző kromoszómák fúzióját és megakadályozza a kromoszóma végek degradációját, megőrizve a genom integritását. Ezekben a folyamatokban kulcsfontosságú szerepet játszik a telomer végét sapkaszerűen borító telomer capping komplex. Emlősökben shelterinnek nevezzük ezt a komplexet, melynek tagjai nagyfokú konzerváltságot mutatnak. A telomer biológiában érdekes kivételt képez a Drosophila nemzetség, mert ezekben a fajokban a telomer fenntartásának mechanizmusa és a capping komplex összetétele is jelentősen különbözik a kanonikustól. A Drosophila capping komplexet termininnek nevezzük. A terminin komplexet alkotó fehérjéknek nem ismertek homológjai a Drosophilák rokonsági körén kívül. Egyik legérdekesebb tulajdonságuk az, hogy gyors evolúciót mutatnak. A jelentős szekvencia különbségek ellenére ezek a fehérjék ugyanazt a funkciót látják el, és sok esetben ugyanazokkal a fehérjékkel hatnak kölcsön, mint más fajokban a kanonikus komplex tagjai. A gyors evolúció és a létfontosságú funkció, melynek a Drosophila telomer capping komplexnek meg kell felelnie, ellentmondásosnak tűnik. A sejtműködés során a fontos funkciókhoz általában konzervált fehérjék látják el, mert a legtöbb változás a fehérje működésképtelenné válását eredményezheti. Mégis előfordul, hogy egy-egy fontos funkciót gyorsan evolválódó protein lát el. Ilyen például egérben a PRDM9, mely a crossover kezdőpontok kijelölését végzi, vagy Drosophilában a Hmr és Lhr fehérjék, melyek a centromer kialakításában vesznek részt. Az evolúciós elmélet magyarázni képes, hogy egy élőlény miért használhat mégis gyors evolúciójú fehérjét ilyen fontos molekuláris szerepek betöltésére. Úgy tartják, hogy a gyorsan változó, ugyanakkor esszenciális funkcióval rendelkező PRDM9 és a Hmr és Lhr fehérjéknek van egy fontos evolúciós szerepük, mégpedig az, hogy felgyorsítják a speciációs folyamatokat azáltal, hogy meggátolják a hibrid utódok létrejöttét. Jelenleg nem bizonyított, hogy a Drosophila capping komplexnek van-e szerepe a hibrid sterilitásban, és ezzel a kromoszóma szintű reprodukciós izolációs mechanizmus része-e. Természetesen a gyors evolúció és konzervált funkció kettősségének feloldására más magyarázatokat is találhatunk, mint a fajképzésben betöltött szerep. Elképzelhető például, hogy a fehérjék működéséhez és a térszerkezetük fenntartásához nem igénylik a teljes polipeptidlánc konzerválódását. Főként genetikai kísérletek alapján feltételezzük, hogy a Drosophila capping komplex öt fehérjéből áll, a Verrocchio, a DTL, a HOAP, a HipHop és a HP1 fehérjékből. A termininnek a HP1 az egyetlen konzervált tagja, melynek funkciója nem korlátozódik a telomerre, míg a többi fehérje gyors evolúciót mutat és csak a telomeren található meg. Amennyiben két közel rokon fajból származó fehérje nem alkot komplexet, vagy a komplex funkciója sérül, akkor ezeknek a fehérjéknek szerepük lehet a fajképzésben. In vitro módszerekkel lehetőségünk van a fehérjék közti interakciónak és a DNS-kötésnek a vizsgálatára, azonban a terminin holokomplex összeállítására és vizsgálatára eddig még nem történtek ilyen jellegű kísérletek. Munkám során az először bioinformatikai módszerekkel részletesen megvizsgáltam a Drosophila terminin fehérjék evolúciós sebességét. A számításokba 21 fajt bevonva megállapítottam, hogy a komplex tagjainak interakciós doménjei is felgyorsult evolúciót mutatnak. Ez azt jelenti, hogy a fehérjék közti interakciók nem konzervált doméneken keresztül valósulnak meg, mely alapján elképzelhető, hogy a közel rokon fajokból származó komplex tagok már nem képesek interakcióra. A fehérjék homológia alapú molekula modellezéssel is próbálkoztam, azonban csak a Ver esetében sikerült közel megbízható modellt előállítanom. Ezt követően a Ver térszerkezetet és az aminosav konzerváltsági értékeket együtt vizsgálva prediktáltam, a DNS-kötésben, a magi lokalizációban és a szerkezet kialakításában feltehetően fontos aminosavakat. Immunprecipitációs adatok szerint, a Ver interakcióba lép a DTL-lel és a HOAP-pal, a DTL interakcióba lép a Ver, a HOAP és a HP1 proteinekkel, míg a HipHop kölcsön hat a HP1-gyel és a HOAP-pal, de nem lép kölcsönhatásba a Ver vagy a DTL fehérjékkel. A komplex további szerveződéséről, sztöchiometriájáról nincs információnk. Annak érdekében, hogy az öt fehérjéből álló komplexet izoláljuk, bakteriális rendszerben termeltettük a Drosophila melanogaster fehérjéket. Sikeresen előállítottam a HP1, a HOAP, a Ver és a DTL proteineket, a HipHop expressziós szintje azonban többféle expressziós plazmidot és indukciós körülményt kipróbálva is alacsony maradt. Mivel az interakciós adatok arra utalnak, hogy a HipHop nélkül is kialakulhat egy stabil komplex, a későbbiekben csak a sikerrel expresszált négy fehérjét vizsgáltuk... |
|---|