معلومة

لماذا منطقة 3'UTR ميثلة بدرجة عالية في معظم الجينات البشرية؟

لماذا منطقة 3'UTR ميثلة بدرجة عالية في معظم الجينات البشرية؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

تم العثور على معظم الجينات البشرية عالية الميثيل في منطقة 3'UTR (0.8-0.9 ٪). كنت أتساءل ما إذا كان هناك سبب محدد لذلك؟


وفقًا لـ Choi et al. بيولوجيا الجينوم 2009 ، 10: R89 ، قد تنظم مثيلة الحمض النووي على كل من حدود الترميز استطالة النسخ وتثبيت التضفير عن طريق تقليل حدوث تخطي exon.

من الملخص:

نحن هنا نبلغ عن ملاحظة على مستوى الجينوم لقمم مميزة من النيوكليوسومات والميثيل عند طرفي وحدة ترميز البروتين. تميل استطالة البوليميرات إلى التوقف بالقرب من طرفي التشفير مباشرة في أعلى قمم التخلق اللاجينى ، مما يتسبب في انخفاض كبير في كفاءة الاستطالة. يبدو أن السمات المحفوظة في تسلسل ترميز البروتين الأساسي تملي حفظها التطوري عبر أنواع متعددة. ترتبط العلامات النووية والمثيلة بشكل شائع بميل انحناء الحمض النووي المشفر بالتسلسل العالي ولكن بشكل تفاضلي مع كثافة CpG. مع نمو الجين لفترة أطول ، يبدو أن الشفرات اللاجينية قد تحولت من التسلسلات الداخلية المتغيرة نحو المناطق الحدودية ، مما يجعل القمم أكثر بروزًا في الكائنات الحية الأعلى.

ومع ذلك ، فإن بياناتهم (الشكل 1 و S2) لا تدعم زيادة عامة في مناطق UTR 3 في أي من الخلايا التائية البشرية أو كبد الفأر أو الخميرة أو الذباب.


تحليل وظيفي على مستوى الجينوم لإنترونات المنطقة غير المترجمة البشرية 5 '

تحتوي حوالي 35٪ من الجينات البشرية على إنترونات داخل المنطقة غير المترجمة 5 بوصات (UTR). تختلف الإنترونات في 5'UTRs عن تلك الموجودة في مناطق الترميز و 3'UTRs فيما يتعلق بتكوين النوكليوتيدات وتوزيع الطول والكثافة. على الرغم من تأثيرها المفترض على تنظيم الجينات ، فإن التطور والوظائف المحتملة لإنترونات 5'UTR تظل غير مستكشفة إلى حد كبير.

نتائج

أجرينا تحليلًا حسابيًا على نطاق الجينوم لإنترونات 5'UTR في البشر. اكتشفنا أن الجينات الأكثر تعبيرًا تميل إلى امتلاك إنترونات قصيرة 5'UTR بدلاً من امتلاك 5'UTR introns أو تفتقر إلى 5'UTR introns بالكامل. على الرغم من أننا لم نجد أي ارتباط في وجود 5'UTR intron أو طوله مع تباين في التعبير عبر الأنسجة ، والذي ربما يشير إلى دور واسع في تنظيم التعبير ، فقد لاحظنا توزيعًا غير متساوٍ لـ 5'UTR introns بين الجينات في فئات وظيفية محددة. على وجه الخصوص ، تم إثراء الجينات ذات الأدوار التنظيمية بشكل مدهش في وجود 5'UTR introns. أخيرًا ، قمنا بتحليل تطور 5'UTR إنترونات في كينازات التيروزين البروتينية غير المستقبلة (NRTK) ، وحددنا نموذجًا للحمض النووي المحفوظ مُخصبًا داخل الإنترونات 5'UTR من NRTKs البشرية.

الاستنتاجات

تشير نتائجنا إلى أن الإنترونات البشرية 5'UTR تعزز التعبير عن بعض الجينات بطريقة تعتمد على الطول. بينما من المحتمل أن تتطور العديد من الإنترونات 5'UTR بشكل محايد ، فإن علاقتها بالتعبير الجيني والتمثيل المفرط بين الجينات التنظيمية ، مجتمعة ، تشير إلى أن القوى التطورية المعقدة تعمل على هذه الفئة المميزة من الإنترونات.


خيارات الوصول

احصل على الوصول الكامل إلى دفتر اليومية لمدة عام واحد

جميع الأسعار أسعار صافي.
سيتم إضافة ضريبة القيمة المضافة في وقت لاحق عند الخروج.
سيتم الانتهاء من حساب الضريبة أثناء الخروج.

احصل على وصول محدود أو وصول كامل للمقالات على ReadCube.

جميع الأسعار أسعار صافي.


2. كشف وتحديد كمية الإينوزين

منذ اكتشاف الإينوزين عن طريق التنقية الشاقة لأنواع معينة من الحمض النووي الريبي ، متبوعًا بالتدهور الانتقائي للحمض النووي الريبي والدراسات الكروماتوجرافية [1] ، يوجد الآن عدد من التقنيات لرسم خرائط تعديلات الإينوزين. كل هذه الاستراتيجيات لها نقاط قوتها وقيودها ، ويعتمد استخدامها التفضيلي على أنواع الحمض النووي الريبي ذات الأهمية والسؤال البيولوجي / البيوكيميائي الذي يحتاج إلى معالجة. يمكن الكشف بسهولة عن الإينوزين الجزيئي وتحديد كميته باستخدام طرق كيميائية حيوية قياسية تعتمد في الغالب على تحويل الإينوزين إلى هيبوكسانثين. من ناحية أخرى ، يعد اكتشاف الإينوزين داخل أنواع الحمض النووي الريبي أكثر صعوبة وسيكون محور هذا القسم.

2.1. الطرق المستندة إلى الكروماتوغرافيا

لا يزال يستخدم الكروماتوغرافيا اليوم لاكتشاف وتحديد كمية الإينوزينات. يتم استخدامه بشكل متكرر عند العمل مع العينات المشتقة من المختبر (على سبيل المثال ، الحمض النووي الريبي التركيبي أو المنسوخ في المختبر والذي يحمل تعديلات إينوزين). عادةً ما يتم تمييز الحمض النووي الريبي محل الاهتمام ، ويتم هضمه إلى نيوكليوتيدات مفردة ، ويتم حله بواسطة كروماتوغرافيا الطبقة الرقيقة [14]. هذه طريقة شبه كمية وفعالة من حيث التكلفة ولكن لا يمكن استخدامها بطريقة عالية الإنتاجية ولا تقدم معلومات عن موقع المخلفات المعدلة.

لدراسة تعديلات Inosine في العينات المشتقة من الجسم الحي (على سبيل المثال ، الحمض النووي الريبي المحتوي على الجينوزين المشتق من المستخلصات الخلوية) ، يمكن استخدام كروماتوجرافيا السائل المقترن بمطياف الكتلة (LC-MS / MS) [15]. هذه طريقة غير مشعة عالية الكمية ، ولكنها أيضًا ذات إنتاجية منخفضة ، وتتطلب تنقية سابقة (بكميات كبيرة) لأنواع الحمض النووي الريبي ذات الأهمية ، ولا تعطي معلومات موضعية حول التعديل ، وتتطلب معدات متخصصة باهظة الثمن.

2.2. النسخ العكسي (RT) - الأساليب المستندة

تعتمد عدة طرق للكشف عن الجينوزين وتقديره الكمي على النسخ العكسي (RT) للـ RNAs وتضخيم PCR. الإينوزين من الناحية الهيكلية هو نظير غوانوزين (الشكل 1 أ) الذي يقرأ النسخ العكسية كـ G بدلاً من A التي تشتق منها. يمكن استغلال هذه القطعة الأثرية لاكتشاف وتحديد كمية الإينوزين عن طريق حساب نسبة عدم تطابق A-to-G داخل منتجات PCR (amplicons) ، مع تحديد موضع التعديلات. طريقة بسيطة وسريعة وشبه كمية وفعالة من حيث التكلفة لوصف هذه الأمبليكونات هي تعدد أشكال طول الجزء المقيد (RFLP) ، والتي يمكن استخدامها عندما يؤدي التحويل من A إلى I (G) إلى إنشاء أو إلغاء موقع التعرف على إنزيم التقييد [16 ، 17 ، 18]. تسمح هذه الطريقة بتقييم عينات متعددة في وقت واحد ولكنها منخفضة الإنتاجية من حيث عدد المواقع التي تم تحريرها A-to-I والتي يمكن دراستها.

يمكن أيضًا ترتيب منتجات RT-PCR. يمكن القيام بذلك عن طريق تسلسل Sanger القياسي عندما يتم تقييم الإينوزينات فقط في مواقع محددة وعلى أنواع معينة من الحمض النووي الريبي [17 ، 18] ، وهو نهج شبه كمي وغير مكلف. في أغلب الأحيان ، يتم استخدام تسلسل RNA عالي الإنتاجية (RNA-seq) بدلاً من ذلك. هذه تقنية قوية وذات كمية عالية تسمح بتحديد مواقع إينوزين متعددة في عينة معينة [19 ، 20 ، 21]. ومع ذلك ، فإن الطريقة باهظة الثمن وتتطلب معرفة جيدة بالأدوات الحسابية التحليلية.

قد تؤدي أخطاء التسلسل ، أو الطفرات الجينية A-to-G ، إلى تخصيصات إينوزين إيجابية كاذبة. للتحقق مما إذا كان الموقع المتحور A-to-G هو بالفعل موقع محرر A-to-I ، تم تطوير المسح الكيميائي بالأنوزين (ICE) -Seq [22]. في هذه الطريقة ، يتم التعامل مع إجمالي الحمض النووي الريبي باستخدام أكريلونيتريل قبل RNA-seq. هذا المركب cyanoethylates inosines ، و N1-cyanoethylinosines الناتج يحجب RT. من خلال مقارنة بيانات RNA-seq التي تم الحصول عليها من نفس العينة مع وبدون علاجات الأكريلونيتريل ، يمكن اكتشاف مواقع إينوزين بشكل لا لبس فيه. ومع ذلك ، لا يمكن لهذه الطريقة اكتشاف المواقع التي تحتوي على 100٪ من تحرير A-to-I أو العديد من تعديلات Inosine الموجودة في نطاق قريب.

2.3 أساليب أخرى

يمكن استخدام RNases محددة لشق الحمض النووي الريبي المحتوي على إينوزين وحل الحمض النووي الريبي المهضوم عن طريق الرحلان الكهربائي للهلام. هذه الطرق منخفضة الإنتاجية وليست كمية بالكامل ولكنها بسيطة وغير مكلفة ومفيدة بشكل خاص عندما يتعذر اكتشاف إينوسين بسهولة بالطرق القائمة على RT (على سبيل المثال ، أنواع معينة من الحمض الريبي النووي النقال) [23].

على سبيل المثال ، RNase T1 هو إنزيم يشق كل من الجوانوزين والإينوزين. من الممكن معالجة الحمض النووي الريبي المحتوي على الإينوزين مع الجليوكسال / البورات لحماية الجوانوزينات (ولكن ليس الإينوزينات) من الانقسام بواسطة RNase T1. بهذه الطريقة ، سيتم شق المواقع المحتوية على الإينوزين فقط ويمكن اكتشافها بسهولة [24 ، 25]. بدلاً من ذلك ، يشق نوكلياز داخلي V (EndoV) على وجه التحديد الحمض النووي الريبي أحادي الجديلة في مواقع إينوزين ، مما يولد شظايا يمكن اكتشافها بواسطة النشاف الشمالي [26 ، 27]. تم استخدام EndoV أيضًا لتطوير الكشف عن الجسيمات القائمة على الربط المشقوق (SL-ID). في هذه الطريقة ، يتم معالجة الحمض النووي الريبي باستخدام EndoV ويتم التقاط منتجات الانقسام (المحتوية على الإينوزين) الناتجة عن طريق أوليغنوكليوتيدات الجسر المحدد وربط الجبيرة بأوليغنوكليوتيد موصوف إشعاعيًا ، قبل تحليل نواتج التفاعل عن طريق الرحلان الكهربائي للهلام والتصوير الإشعاعي الذاتي [23 ].

في الآونة الأخيرة ، سمحت التطورات الجديدة في تقنيات Nanopore باكتشاف وتحديد كمية الإينوزين على الحمض النووي الريبي الأصلي عن طريق التسلسل عالي الإنتاجية دون الحاجة إلى RT [28].


تنظيم استقرار mRNA

يعد دوران الرنا المرسال خطوة مهمة أخرى في تنظيم ما بعد النسخ للتعبير الجيني ، حيث أن التغييرات في وفرة الرنا المرسال قد تغير التعبير عن جينات معينة من خلال التأثير على وفرة البروتين المقابل. تم اقتراح العديد من الآليات لوصف كيفية حدوث تحلل الرنا المرسال: يمكن أن يسبق الاضمحلال تقصير أو إزالة الذيل المتعدد (A) في الطرف 3 و / أو إزالة غطاء m7G في النهاية 5 [33] . يتم تنظيم دوران mRNA في الغالب بواسطة رابطة الدول المستقلة- عناصر الفاعلية الموجودة في UTR 3 ، مثل العناصر الغنية بـ AU-rich (AREs) ، والتي تعزز تحلل الرنا المرسال استجابةً لمجموعة متنوعة من الإشارات داخل وخارج الخلية المحددة. تم تجميع AREs بشكل تجريبي في ثلاث فئات: تتميز الفئة الأولى والثانية من المناطق بوجود نسخ متعددة من البنتانوكليوتيد AUUUA ، وهو غائب عن الفئة III AREs [34]. تتحكم الفئة الأولى من ذيل الرنا المرسال السيتوبلازمي عن طريق تحلل جميع أجزاء ذيل بولي (أ) بنفس المعدل ، مما يؤدي إلى توليد مواد وسيطة مع ذيول بولي (أ) من 30-60 نيوكليوتيد ، والتي تتحلل بعد ذلك تمامًا. توجد هذه العناصر بشكل أساسي في mRNAs التي ترميز عوامل النسخ النووي مثل c-Fos و c-Myc (نتاج جينات "الاستجابة السريعة") وأيضًا في mRNAs لبعض السيتوكينات ، مثل interleukins 4 و 6. وجود واحد أو المزيد من نسخ خماسي النوكليوتيد AUUA بجوار منطقة غنية بـ U هي الخاصية الهيكلية للفئة I AREs. تتوسط الفئة الثانية AREs غير متزامن مميت السيتوبلازم ، وبعبارة أخرى يتحلل ذيل poly (A) بمعدلات مختلفة في نصوص مختلفة ، مما يؤدي إلى توليد mRNAs بدون ذيول بولي (A). من بين mRNAs التي تحتوي على هذه الإشارة تلك التي تشفر السيتوكينات GM-CSF و interleukin 2 وعامل نخر الورم α (TNF-α) و interferon-α. تتميز مناطق الفئة الثانية بالتكرار الترادفي لخماسي AUUUA ، وعادة ما توجد منطقة غنية بالاتحاد الأفريقي في بداية هذه التكرارات. لا تحتوي mRNAs التي تحتوي على AREs من الفئة III ، مثل تلك المشفرة c-Jun ، على pentanucleotide AUUUA ولكن تحتوي فقط على جزء U-rich وهي تظهر حركيات تدهور مماثلة لتلك الموجودة في mRNAs التي تحتوي على الفئة I AREs.

يمكن أن يحدث تدهور mRNAs أيضًا بعد نشاط نوكلياز داخلي ، في آلية مستقلة عن كل من الميتة والفصل. وقد لوحظت مثل هذه الآلية بالنسبة إلى الرنا المرسال الذي يشفر مستقبل الترانسفيرين ، وهو بروتين يتوسط في نقل الحديد في الخلية. يتضمن مسار التحلل لهذا الرنا المرسال انقسامًا داخليًا للنووية في منطقة UTR 3 'التي يتوسطها التعرف على هياكل IRE وينظمها مستوى الحديد داخل الخلايا [35].

قد تلعب أكواد بدء المنبع و ORFs أيضًا دورًا في تحلل الرنا المرسال من خلال مسار تحلل الرنا المرسال (NMD) الذي لا معنى له. الإشارة التي تطلق NMD هي كودون لا معنى له متبوعًا بتقاطع الربط (الوصلة بين اثنين من exons الذي تمت إزالته). في الواقع ، عادةً ما توجد أكواد الإيقاف العادية و UTR 3 في آخر إكسون من التسلسل ، وبالتالي لا يتبعها تقاطع الربط. يتم التعرف على تقاطعات إكسون لأن البروتين المحدد يرتبط بالنسخة المحتوية على intron في النواة ، ويظل مرتبطًا بموصل exon بعد انتهاء حدث الربط ويتم نقله إلى السيتوبلازم باستخدام mRNA المعالج [11]. عادةً ما تقوم آلية الترجمة بإزاحة البروتين الواسم ، مما يمنع تدهور mRNAs من النوع البري. ولكن إذا واجه الريبوسوم كودون توقف يكون إما سابقًا لأوانه أو بسبب وجود ORF المنبع ، فإنه يتفكك ويوجه بروتينات الواسم عند تقاطع exon mRNA الشاذ نحو NMD [37]. في خميرة الخميرة (التي تستخدم عنصر exonic المصب ، DSE ، كإشارة ثانية تؤدي إلى تشغيل NMD) ، لا يتم تدهور mRNAs التي تحتوي على ORFs النشطة وظيفيًا ، مثل تلك التي تشفر GCN4 أو YAP1 ، من خلال مسار NMD لأنها تحتوي على عناصر تسلسل مثبت خاص بـ mRNA بين ORF المنبع وتسلسل الترميز الذي يمنع تنشيط مسار NMD من خلال التفاعل مع ubiquitin ligase Pub1 المرتبط بـ RNA [38].

يمكن لـ ORFs المنبع أيضًا تنظيم استقرار mRNA من خلال آلية مستقلة عن NMD. 5 'UTR من S. cerevisiae الجين YAP2 يحتوي على اثنين من ORFs المنبع التي تمنع مسح الريبوسوم وتعزز تحلل الرنا المرسال [26]. يعتمد التأثير المزعزع للاستقرار على سياق كود الإنهاء ، والذي يعدل كفاءة الترجمة واستقرار mRNA. يشير الجدول 5 إلى بعض الجينات التي ثبت فيها تأثير ORFs المنبع على التعبير الجيني.

قدمت العديد من الدراسات دليلًا على أن العديد من hnRNPs لا تعمل فقط في النواة ولكنها أيضًا تشارك في التحكم في مصير الرنا المرسال في السيتوبلازم [10] ويمكنها تنظيم الترجمة واستقرار الرنا المرسال والتوطين السيتوبلازمي [37]. أحد الأمثلة على ذلك هو تنظيم بروتين طليعة الأميلويد (APP) الذي يزيد من مستوى APP وهو عامل مهم يساهم في تطور مرض الزهايمر. يعتمد استقرار APP mRNA على عنصر 29 نيوكليوتيد محفوظ بدرجة عالية يقع في UTR 3 ويتفاعل مع العديد من بروتينات ربط الحمض النووي الريبي السيتوبلازمي [39]. من المثير للاهتمام للغاية ، على الرغم من أن بعض هذه البروتينات عبارة عن شظايا من النوكليولين (المعروف أنها تنتقل بين النواة والسيتوبلازم) ، فإن بروتينين يبلغ 39 كيلو دالتون و 38 كيلو دالتون هما وحدتان فرعيتان من hnRNP C ، والتي شوهدت في هذه الدراسة لأول مرة في السيتوبلازم [40].


لماذا منطقة 3'UTR ميثلة بشكل كبير في معظم الجينات البشرية؟ - مادة الاحياء

الرئيسيات ألوتشكل s 11 ٪ من الجينوم البشري ، مع مليون نسخة ، وتوزيعها الجينومي منحاز نحو المناطق الغنية بالجينات.

وظائف ألوترتبط بشكل كبير بتسلسلها وميزاتها الهيكلية.

ألويمكن أن ينظم التعبير الجيني من خلال العمل كـ رابطة الدول المستقلة عناصر.

Pol-III- نسخها مجانًا ألوتؤثر بشكل أساسي على نسخ Pol II وترجمة mRNA في العابرة.

مغروس ألويمكن أن تؤثر s داخل mRNAs المنسوخة Pol-II على التعبير الجيني للمضيف من خلال تنظيم التضفير البديل واستقرار الحمض النووي الريبي والترجمة.

ما يقرب من نصف المشروح ألوتوجد s في إقران introns RNA المتكون من الاتجاه المعاكس ألوق عبر الإنترونات يعزز التكوُّن الحيوي لحلقة الحمض النووي الريبوزي.

ألو عناصر تنتمي إلى الرئيسيات جيب عائلة الينقولات العكسية وتشكل ما يقرب من 11٪ من الجينوم البشري. ألويتم نسخ s بواسطة RNA polymerase (Pol) III ويتم إدخالها مرة أخرى في الجينوم بمساعدة مستقل خط الرجعية. حيث ألو توجد العناصر بشكل تفضيلي بالقرب من المناطق الغنية بالجينات أو داخلها ، ويمكن أن تؤثر على التعبير الجيني من خلال آليات عمل مميزة على كل من مستويات الحمض النووي والحمض النووي الريبي. في هذا الاستعراض نركز على التطورات الحديثة لكيفية ألو العناصر التي تشارك بشكل واسع في تنظيم الجينات. نناقش تأثيرات ألو تسلسلات الحمض النووي القريبة من الجينات ، خالية من نسخ Pol-III ألو RNAs ، و Pol-II نسخها ألو RNAs المضمنة في نسخ RNA المشفرة أو غير المشفرة. التفسير الأخير لـ ألو تكشف الوظائف عن الأدوار التي تم التقليل من شأنها سابقًا لتسلسلات الحمض النووي الأنانية أو غير المرغوب فيها في الجينوم البشري.


أنماط مثيلة الحمض النووي الديناميكية عبر الفأر والبشر IL10 الجينات أثناء تأثير تنشيط خلايا CD4 + T لـ IL-27

يلعب IL-10 دورًا مهمًا في السيطرة على الالتهاب ويتم تنظيم الوظائف المضادة للالتهابات لـ IL-10 بناءً على تعبيره المنسق من مصادر خلوية مختلفة ، وعلى الأخص الخلايا التائية. على الرغم من أن جميع المجموعات السكانية الفرعية CD4 + تقريبًا يمكنها التعبير عن IL-10 ، إلا أنه من المدهش أنه لا يُعرف سوى القليل عن الآليات الجزيئية التي تتحكم في تحريض IL-10 ، خاصة عند البشر. لفحص تنظيم تعبير IL-10 البشري ، أنشأنا الماوس المعدّل وراثيًا hIL10BAC. كما ذكرنا سابقًا ، لاحظنا الحفاظ على تعبير IL-10 المشتق من النخاع الشوكي ولكننا وجدنا أن IL-10 البشري تم التعبير عنه بشكل ضعيف فقط في خلايا CD4 + T الطحالية من الفئران hIL10BAC. نظرًا لأن مثيلة الحمض النووي هي أحد المحددات المهمة لمحات التعبير الجيني ، قمنا بتقييم أنماط مثيلة الحمض النووي في الإنسان والفأر IL10 الجينات في خلايا CD4 + T. الساذجة والمنشطة. عبر الفأر والبشر IL10 لم تكن هناك أنماط واضحة لمثيلة CpG في خلايا CD4 + T الساذجة بعد التنشيط متعدد النواقل. عموما ومع ذلك ، الإنسان IL10 الجين لديه مستويات أعلى بكثير من مثيلة الحمض النووي. ومن المثير للاهتمام ، أن الزراعة باستخدام السيتوكين IL-27 الذي يحفز IL-10 يؤدي إلى انخفاض خاص بالموقع في مثيلة الفأر ولكن ليس الإنسان IL10 الجين. تم ترجمة نزع الميثيل على وجه التحديد إلى موقع intronic المجاور لمنطقة تنظيمية معروفة. النتائج التي توصلنا إليها تشير إلى أنه في حين أن الفأر والإنسان IL10 تخضع الجينات لتغييرات متغيرة في مثيلة الحمض النووي أثناء تنشيط الخلايا CD4 + T ، ويبدو أن IL-27 يؤثر على مثيلة الحمض النووي في منطقة intronic معينة وبالتالي يرتبط بتعبير IL-10.


مادة الاحياء

3 السكريات الشائعة:
1. الجليكوجين (كل الجلوكوز ، تخزين الحيوانات ، alpha-1،4 للخطية ، alpha-1،6 للتفرع)
2. النشا (كل الجلوكوز ، تخزين النبات ، alpha-1،4)
3.السيليلوز (جلوكوز كامل ، بنية نباتية ، بيتا 1.4)

كارهة للماء ، لأن C-C و C-H غير قطبية

جميع الروابط المزدوجة هي رابطة الدول المستقلة (ض)

حتى الأحماض الدهنية المرقمة فقط

وجدت مركزة في أطواف الدهون

يزيد السيولة في درجات الحرارة المنخفضة
يقلل السيولة في درجات الحرارة العالية

5-3 التوليف (يشير إلى رقم الكربون الذي تتشكل عليه الروابط)

نيوكليوتيدات متصلة بواسطة روابط فوسفوديستر- OH على قاع السكر (5 قاعدة طرفية) تتصل بالفوسفات (3 قاعدة طرفية) مكونة رابطة P-O

A و T لهما روابط 2 H.
C و G لهما روابط 3 H.

درجة حرارة الانصهار - درجة الحرارة التي يمكن أن تنكسر عندها 1/2 روابط H ، في النهاية ستفسد

سندات CG أكثر استقرارًا من سندات AT

المزيد من الروابط وخيوط أطول تعني درجة حرارة انصهار أعلى

التعبئة والتغليف:
1. المثيلة- الحماية من الإنزيمات المقيدة (تقطع الحمض النووي الفيروسي غير الميثلي)
2. الالتفاف الفائق - في حقيقيات النوى أيضًا ، معظم الحمض النووي ملفوف بشكل سلبي للغاية ، والحلقات ملتوية / غير ملتوية باستخدام الجيراز والإيزوميراز العلوي

حقيقيات النوى- عدة كروموسومات خطية

كروماتين حقيقي- الكروماتين المفتوح ، زيادة التعبير ، الجينات التي يتم التعبير عنها بشكل مستمر توجد هنا

تحتوي على متواليات متكررة

توجد أحماض أمينية أخرى ، ولكن لا توجد أكواد لها

طفرة انتقالية- A & lt- & gt G، C & lt- & gt T
تحولت طفرة التحويل البيورين / بيريميدين

ضرر داخلي:
1. أنواع الأكسجين التفاعلية- أكسدة الحمض النووي
2. قواعد متشابكة
3. الضرر المادي

ضرر خارجي:
1. ثنائيات الأشعة فوق البنفسجية بيريميدين
2. الأشعة السينية- فواصل مزدوجة تقطعت بهم السبل ، انتقالات
3. المواد الكيميائية- الإقحام

يكرر مقلوب- نقاط التعرف على الينقولات

أنواع الينقولات:
1. عنصر IS (رموز لـ transposase)
2. ينقّل معقد (يحمل جينات إضافية)
3. ينقّل مركب (محاط بعنصري IS)

اثنين من الينقولات:
1. في نفس الاتجاه- طيات الحمض النووي ، تحذف الجين الأوسط
2. في اتجاهين متعاكسين - طيات الحمض النووي ، التي تقلب الجين الأوسط ، لا ينبغي أن تسبب أي مشاكل إذا انقلبت الجينات التنظيمية

إصلاح عدم التطابق - بعد تكرار الحمض النووي ، يجب أن يكون الجانب الذي يحتوي على المزيد من مجموعات الميثيل هو التسلسل الأصلي ، لذا استبدل التسلسل على الجانب الآخر

إصلاح الختان - قبل تكرار الحمض النووي ، استبدل قاعدة واحدة

انضمام نهاية متجانسة - بعد تكرار الحمض النووي ، إصلاح الفواصل المزدوجة التي تقطعت بها السبل باستخدام كروماتيد شقيقة كقالب ، كروس متماثل

انضمام طرف غير متماثل - قبل النسخ المتماثل ، وإصلاح الفواصل المزدوجة التي تقطعت بها السبل ، يفقد بعض التسلسل

في حالة فشل الانضمام غير المتماثل ، يمكن أن تحدث انتقالات مسببة اندماج الجينات

يتم نسخ / قراءة الحمض النووي 3 - & GT5
يتم تصنيع mRNA 5 - & GT3

يمرر الخيط شبه المحافظ والخيط المتخلف إلى خيوط الحمض النووي المنفصلة

منع تلف نهايات الكروموسومات الخطية

3 أنواع من الحمض النووي الريبي (RNA):
1. rRNA- ريبوسوم ، هيكل عظمي للريبوسومات
2. mRNA- رسول ، يغذي الترجمة
3. tRNA- نقل ، يحمل AA إلى الريبوسومات

ستراند قالب- حبلا مضاد للحساسية ، بوليميراز RNA يعلق
حبلا الترميز- خيط الإحساس ، نفس رمز mRNA الناتج ، غير مكتوب

يتم إرفاق بوليميراز الحمض النووي الريبي بالمروج على شريط القالب ، بجوار المشغل وموقع START

لا يجب أن تكون الجينات المختلفة قريبة من بعضها البعض أو على نفس الكروموسوم ليتم تنظيمها معًا

تحدد البيئة التعبير الجيني ، على سبيل المثال: إضافة سكر جديد سيحفز التعبير عن إنزيمات جديدة لهضم هذا السكر

نموذج Jacob-Monod- يصف أوبرون lac

المروج (منشط الارتباطات) - & gt عامل التشغيل (binds repressor) - & gt lac genes ، يؤدي إلى استقلاب اللاكتوز

اللاكتوز غائب- روابط القامع
اللاكتوز الحالي- أوراق الكابح

غائب الجلوكوز - روابط المنشط
وجود الجلوكوز- أوراق المنشط

spliceosome- يحتوي على snRNPs ، التي تحتوي على snRNA ، وهي آلات تلتصق

حقيقيات النوى وبدائيات النوى لها ريبوسومات مختلفة

يتم تصنيع الريبوسومات في النواة في حقيقيات النوى

بدائيات النوى- وحدة فرعية كبيرة (505) ، وحدة فرعية صغيرة (305)
حقيقيات النوى- وحدة فرعية كبيرة (605) ، وحدة فرعية صغيرة (405)

1. تتكون الرابطة الببتيدية بين الأحماض الأمينية A و P
2. ثم يترك الحمض الأميني P tRNA
3. ينتقل mRNA لنقل حمض أميني إلى موقع P.

كودون STOP - لا يوجد tRNA ، بدلاً من ذلك يربط عامل الإطلاق بحيث يترك الحمض الأميني النهائي tRNA الخاص به

5 / 3'-UTR- المناطق غير المترجمة في كل نهاية من mRNA ، تساعد في تنظيم الترجمة

التعديل التساهمي - الفسفرة ، جسور ثاني كبريتيد

جزء متغير- كلا الطرفين أعلى الشكل Y ، يتعرف على المستضد
الجزء الثابت - الجزء السفلي من الشكل Y ، يختلف بين الفئات / الأنماط المتشابهة

مصنوعة من البروتين (قفيصة عادة ما تكون إيكوساهدرا أو حلزونية وألياف الذيل) والأحماض النووية (DNA أو RNA ، ss أو ds)

دورة الحياة العامة:
1. الارتباط- مستقبلات خصوصية
2. الحقن- تسليم الجينوم إلى الخلية المضيفة

(-) RNA:
1. ssRNA هو قالب لـ mRNA
2. بوليميراز الحمض النووي الريبي المعتمد على الحمض النووي الريبي يخلق قالبًا تكميليًا لتكرار المزيد من ssRNA الأصلي
3. يتم ترجمة القالب بواسطة ريبوسومات الخلية المضيفة لإنتاج الكابسيدات والإنزيمات الفيروسية

(+) ليسوجينيك الحمض النووي الريبي (الفيروسات القهقرية مثل فيروس نقص المناعة البشرية):
1. ssRNA هو نفس mRNA
2. إن بوليميراز الحمض النووي المعتمد على الحمض النووي الريبي (النسخ العكسي) يحول ssRNA إلى ssDNA
3. البوليميراز المضيف يحول ssDNA إلى dsDNA
4. إدراج dsDNA في جينوم الخلية المضيفة ، طاهر الفيروس
5. نسخها لتكرار ssRNA الأصلي والإنزيمات الفيروسية

يتم إنتاج البريونات السيئة:
1. الطفرة التلقائية (مرض جنون البقر)
2. يمكن أن يكون الجين موروثًا (أرق عائلي مميت)
3.ابتلاع الأنسجة المريضة (كورو)

التهاب الكبد D هو فيروس يجب أن يصاحب التهاب الكبد B ، والذي يسببه فيروس عادي

أغشية الخلايا:
1. البكتيريا موجبة الجرام- جدار الخلية مصنوع من الببتيدوجليكان يحيط بغشاء الخلية ، والبقع الأرجواني
2. البكتيريا سالبة الجرام - جدار خلية الببتيدوغليكان محاط بأغشية الخلايا الداخلية والخارجية ، والبقع الوردية ، ولا الاقتران
3. سوط - هيكل قاعدي متصل بجدار / غشاء الخلية ، مع خطاف يدور حول الخيوط
4. لا يوجد كولسترول

يحتوي السطح الخارجي على بروتينات محددة تؤدي إلى استجابة مناعية فريدة ، ويمكن لبعض الخلايا الغريبة أن تغير البروتينات الموجودة على السطح لتجاوز نظام المناعة

مصدر الطاقة: الصورة خفيفة ، والعلاج الكيميائي هو ATP
مصدر الكربون: السيارات هي ثاني أكسيد الكربون ، غير المتجانسة هي كائنات أخرى

1. photoautotrophs- النباتات
2. التغذية الكيماوية- الحيوانات
3. التغذية الضوئية- نباتات آكلة اللحوم
4. المواد الغذائية الكيميائية- البكتيريا البدائية

auxotrophs- لا يمكن تخليق جزيء رئيسي للعيش:
1. أرج (-) - لا تستطيع صنع أرجينين
2. ليو (-) - لا تستطيع صنع الليوسين
3. لاك (-) - لا يمكن استخدام اللاكتوز

الاقتران هو سمة من سمات البكتيريا سالبة الجرام

عامل F- عنصر DNA الدائري الذي يشفر جين الخصوبة ، F + ذكر ، F- أنثى

جسر الاقتران - بعد الخلية الذكرية تنتج الشعيرات الجنسية وتتلامس مع الخلية الأنثوية ، وأشكال الجسر

يتم تكرار عامل F في خلية F + ونقلها إلى خلية F.

تردد عالي لإعادة التركيب (خلية Hfr) - عامل F مدمج في الجينوم ، لذلك يمكن للاقتران أن ينقل الآخرين من الجينوم البكتيري

إذا كان البروتين النووي / الميتوكوندريا / البيروكسيسومال ، قم بإنهاء الترجمة في العصارة الخلوية

إذا تم إفراز البروتين الغشائي / الليزوزومي (مثل الجسم المضاد) ، فقم بإنهاء الترجمة في ER تقريبي

إذا كان البروتين عبر الغشاء ، فإن تسلسل الإشارة سيبقى كمنطقة عبر الغشاء ، وإلا فإنه يعمل كمرساة يتم إزالتها لاحقًا

إذا كان البروتين النووي ، إشارة التوطين النووي

إذا كان بروتين ER ، فإن النقل الرجعي يعيده إلى ER من Golgi

أربع خصائص تجميعية:
1. انخفاض نقطة التجمد يحدث مع المزيد من الأيونات وارتفاع مولالي
2. ارتفاع نقطة الغليان يحدث مع المزيد من الأيونات وارتفاع مولالي
3. يحدث انخفاض ضغط البخار مع زيادة المذاب
4. ارتفاع الضغط الأسموزي يحدث مع زيادة الذائبة ، درجة الحرارة ، المولارية

يعتبر ارتفاع bp و fp المنخفض مشابهين للدور المعتمد على درجة حرارة الكوليسترول في غشاء البلازما

التناضح- حركة الماء إلى أسفل تدرج تركيزه

الضغط الاسموزي - ينتقل الماء إلى تركيز عالٍ من الجسيمات الذائبة ، وينتقل الماء إلى 1 مولار كلوريد الصوديوم فوق 1 مليون سكروز

احسب عدد الأيونات ، لا تنظر فقط إلى التركيز!

انتشار بسيط:
1. مباشرة عبر الغشاء
2. يعمل بشكل جيد مع الجزيئات الصغيرة الكارهة للماء مثل CO2 ، O2
3. يعمل أيضًا مع جزيئات مستوية وكارهة للماء أكبر

الانتشار الميسر - يستخدم البروتين المساعد ، ويعمل بشكل جيد مع جزيئات الماء الصغيرة مثل الجلوكوز

الأساسي- استخدام ATP مباشرة
Na + / K + ATPase:
1. يضخ 3 Na + out و 2 K + in ، يستخدم 1 ATP
2. الحفاظ على التوازن الأسموزي
3. إنشاء التدرج الكهربائي
4. إعداد تدرج الصوديوم للنقل الثانوي النشط

ثانوي - استخدم ATP لإنشاء التدرج الكهروكيميائي ، استخدم التدرج لقيادة النقل
مؤشر Na + / الجلوكوز:
1. يتم نقل الجلوكوز و Na من التجويف
2. مدعوم من تدرج Na ، تم إنشاؤه بواسطة Na / K ATPase

ينشط انزيم adenylyl

معالجة ATP في cAMP لتضخيم التأثير

cAMP هو رسول ثانوي ، ينشط كينازات البروتين المعتمدة على cAMP مثل بروتين كيناز أالتي تعمل على إنزيمات الفسفوريلات لتنشيطها

الميكروفيلامين:
1. الأكتين ، المتفرعة من الجسيم المركزي
2. تلتف ألياف أكتين معًا لتشكيل أنابيب صغيرة
3. تقلص العضلات (الميوسين ، التروبونين ، Ca2 +) ، الحركة الخلوية ، الوصلات الملتصقة والضيقة
4. بعض تنقل الخلايا
5. بروتين الميوسين الحركي

المتوسطة الشعيرات:
1. بروتينات مختلفة
2. أنابيب متوسطة
3. الهيكل

desmosomes- خيوط وسيطة

تقاطعات ضيقة- أكتين ، ختم التجويف لبيئات منفصلة (الحواجز الظهارية مثل الدم / التجويف في القناة الهضمية)

نقطة تفتيش G1 / S - منظمة بإحكام ، قم بجرد النيوكليوتيدات والإنزيمات والمغذيات لتكرار الحمض النووي ، والتي يتم إرسالها إلى شيخوخة G0 إذا لم تمر

نقطة تفتيش G2 / M - تأكد من اكتمال تكرار الحمض النووي ، وتحقق من وجود طفرات

الخلايا العالقة عند نقطة تفتيش ستستمر في النمو بشكل أكبر

الطورية
1. ألياف المغزل تعلق على السنتروميرات في kinetochores
2. محاذاة الكروموسومات في اللوحة

طور:
1. فصل الكروماتيدات الشقيقة
2. يبدأ الحركية الخلوية

الطور النهائي:
1. الحمض النووي اللاكثافة
2. نواة الإصلاح
3. تكسر المغزل
4. إنهاء الحركية الخلوية

يظهر:
1. الأكتين يساعد على انقسام الخلية عند ثلم الانقسام

2. جينات مثبط الورم- رمز للبروتينات التي تبطئ دورة الخلية ، وإصلاح الحمض النووي ، وتحفيز موت الخلايا المبرمج ، p53 هو الملاك الحارس

إشارات الموت خارج الخلية - موت الخلايا المبرمج للخلايا المحيطة
إشارة الموت داخل الخلايا- مثبط الورم ، الفيروس

موت الخلايا المبرمج - تسببه عوامل داخلية ، يسبب انكماش الخلايا ، ولا يؤثر على الخلايا الأخرى

الطور الأول:
1. تتزاوج الكروموسومات المتجانسة من رباعي ، متصلة بواسطة مركب synaptonemal
2. يحدث إعادة التركيب / العبور بين أزواج متماثلة
3. تتكثف الكروموسومات ، ويتفكك الغلاف النووي ، وتتشكل المغازل
4. أطول مرحلة!

الطور الأول:
1. محاذاة الرباعي على طول لوحة الطور

الطور الأول:
1. الأزواج المتماثلة منفصلة ، وتبقى الكروماتيدات الشقيقة معًا
2. تبدأ الحركة الخلوية

الطور الأول:
1. الكروموسومات decondense ، أشكال الغلاف النووي ، انهيار المغازل
2. ينتهي الحركية الخلوية
3. تعتبر الآن أحادية العدد ، لأن كل خلية لها مجموعة واحدة

الانقسام الاختزالي الثاني:
1. متطابقة مع الانقسام ، ولكن مع الخلايا أحادية الصيغة الصبغية
2. تتكون البويضات / خلية منوية ، أحادية العدد

يمكن أن تشكل 2 ^ n أمشاج مختلفة ، n = عدد أحادي العدد أو عدد الكروموسومات


المنشورات

معدل الطفرات هو محدد مهم للديناميات التطورية. نظرًا لأن معدل الطفرات يحدد معدل ظهور الطفرات المفيدة والضارة ، فإنه يخضع للاختيار من الدرجة الثانية. يختلف معدل الطفرات بين الأنواع والسكان وداخلها ، ويزداد تحت الضغط ، ويتم التحكم فيه وراثيًا بواسطة الأليلات الطافرة. قد يختلف معدل الطفرة أيضًا بين الأفراد المتطابقين وراثيًا: على سبيل المثال ، تشير الأدلة التجريبية من البكتيريا إلى أن معدل الطفرة قد يتأثر بأخطاء الترجمة وضوضاء التعبير في الإنزيمات والبروتينات المختلفة. الأهم من ذلك ، قد يكون هذا التباين وراثيًا عبر الوراثة اللاجينية عبر الأجيال. نحن هنا نتحرى كيف يؤثر وضع وراثة معدلات الطفرات على معدل التطور التكيفي. نحن نمثل مجموعة سكانية لاجنسية ذات نمطين ظاهريين لمعدل الطفرات ، غير متحور ومطفر. قد يتحول النسل من النمط الظاهري الأبوي إلى النمط الظاهري الآخر. تم السماح لمعدل التبديل بين الأنماط الظاهرية بأن يمتد إلى نطاق من القيم بحيث يمكن تفسير معدل الطفرة على أنه سمة موروثة وراثيًا عندما يكون معدل التبديل منخفضًا ، أو كصفة موروثة جينيًا عندما يكون معدل التبديل متوسطًا ، أو سمة عشوائية عندما يكون معدل التحويل مرتفعًا. وجدنا أن الوراثة اللاجينية لمعدل الطفرات تؤدي إلى أسرع معدلات التكيف على مناظر اللياقة الاصطناعية والتجريبية لمعظم مجموعات المعلمات الواقعية بيولوجيًا. السكان الذين لديهم معدل تبديل متوسط ​​قادرون على الحفاظ على اقتران النمط الظاهري للطفرات والطفرات الجينية الموجودة مسبقًا ، مما يساعد في عبور وديان اللياقة البدنية. علاوة على ذلك ، تسمح الوراثة اللاجينية للسكان بالعودة بسرعة إلى معدلات الطفرات المنخفضة بمجرد تحقيق التكيف ، وتجنب تراكم الطفرات الضارة المرتبطة بالطفرات. توفر نتائجنا أساسًا منطقيًا لتطور الوراثة اللاجينية لمعدل الطفرات ، مما يشير إلى أنه كان من الممكن اختياره لتسهيل التطور التكيفي.

يتم التعبير عن مجموعات فرعية مختلفة من تجمع الحمض الريبي النووي النقال في الخلايا البشرية في ظروف خلوية مختلفة. يتم إحداث "تكاثر الحمض النووي الريبي" عند الانقسام الخلوي الطبيعي والسرطاني ، بينما تنشط "الحمض النووي الريبي التمايزي" في الخلايا المتمايزة غير المنقسمة. هنا ندرس أهمية مختلف الحمض النووي الريبي عند النمو الخلوي والتوقف. أنشأنا إجراء تحرير قائم على CRISPR باستخدام sgRNAs التي تستهدف كل منها عائلة tRNA. قمنا بقياس أهمية الحمض النووي الريبي (tRNA) للنمو الخلوي ووجدنا أن معظم الحمض النووي الريبي (tRNAs) ضروري مقارنةً بالتمايز- tRNAs في خطوط الخلايا سريعة النمو. ومع ذلك ، في خطوط الانقسام البطيء ، كانت التمايز-الحمض النووي الريبي أكثر أهمية. بالإضافة إلى ذلك ، قمنا بقياس أهمية كل عائلة من الحمض الريبي النووي النقال عند الاستجابة لإشارات إيقاف دورة الخلية. اكتشفنا هنا سلوكًا أكثر تعقيدًا مع كل من الحمض الريبي النووي الريبي الانتشار والتمايز الحمض النووي الريبي الذي يظهر مستويات مختلفة من الأهمية. These results provide the so-far most comprehensive functional characterization of human tRNAs with intricate roles in various cellular states.

Tracing evolutionary processes that lead to fixation of genomic variation in wild bacterial populations is a prime challenge in molecular evolution. In particular, the relative contribution of horizontal gene transfer (HGT) vs. de novo mutations during adaptation to a new environment is poorly understood. To gain a better understanding of the dynamics of HGT and its effect on adaptation, we subjected several populations of competent Bacillus subtilis to a serial dilution evolution on a high-salt-containing medium, either with or without foreign DNA from diverse pre-adapted or naturally salt tolerant species. Following 504 generations of evolution, all populations improved growth yield on the medium. Sequencing of evolved populations revealed extensive acquisition of foreign DNA from close Bacillus donors but not from more remote donors. HGT occurred in bursts, whereby a single bacterial cell appears to have acquired dozens of fragments at once. In the largest burst, close to 2% of the genome has been replaced by HGT. Acquired segments tend to be clustered in integration hotspots. Other than HGT, genomes also acquired spontaneous mutations. Many of these mutations occurred within, and seem to alter, the sequence of flagellar proteins. Finally, we show that, while some HGT fragments could be neutral, others are adaptive and accelerate evolution.

Programmed ribosomal frameshifting (PRF) is the controlled slippage of the translating ribosome to an alternative frame. This process is widely employed by human viruses such as HIV and SARS coronavirus and is critical for their replication. Here, we developed a high-throughput approach to assess the frameshifting potential of a sequence. We designed and tested >12,000 sequences based on 15 viral and human PRF events, allowing us to systematically dissect the rules governing ribosomal frameshifting and discover novel regulatory inputs based on amino acid properties and tRNA availability. We assessed the natural variation in HIV gag-pol frameshifting rates by testing >500 clinical isolates and identified subtype-specific differences and associations between viral load in patients and the optimality of PRF rates. We devised computational models that accurately predict frameshifting potential and frameshifting rates, including subtle differences between HIV isolates. This approach can contribute to the development of antiviral agents targeting PRF.

Most human genes are alternatively spliced, allowing for a large expansion of the proteome. The multitude of regulatory inputs to splicing limits the potential to infer general principles from investigating native sequences. Here, we create a rationally designed library of >32,000 splicing events to dissect the complexity of splicing regulation through systematic sequence alterations. Measuring RNA and protein splice isoforms allows us to investigate both cause and effect of splicing decisions, quantify diverse regulatory inputs and accurately predict (R-2 = 0.73-0.85) isoform ratios from sequence and secondary structure. By profiling individual cells, we measure the cell-to-cell variability of splicing decisions and show that it can be encoded in the DNA and influenced by regulatory inputs, opening the door for a novel, single-cell perspective on splicing regulation.

The translation machinery and the genes it decodes co-evolved to achieve production throughput and accuracy. Nonetheless, translation errors are frequent, and they affect physiology and protein evolution. Mapping translation errors in proteomes and understanding their causes is hindered by lack of a proteome-wide experimental methodology. We present the first methodology for systematic detection and quantification of errors in entire proteomes. Following proteome mass spectrometry, we identify, in E. coli and yeast, peptides whose mass indicates specific amino acid substitutions. Most substitutions result from codon-anticodon mispairing. Errors occur at sites that evolve rapidly and that minimally affect energetic stability, indicating selection for high translation fidelity. Ribosome density data show that errors occur at sites where ribosome velocity is higher, demonstrating a trade-off between speed and accuracy. Treating bacteria with an aminoglycoside antibiotic or deprivation of specific amino acids resulted in particular patterns of errors. These results reveal a mechanistic and evolutionary basis for translation fidelity.

Splicing expands, reshapes, and regulates the transcriptome of eukaryotic organisms. Despite its importance, key questions remain unanswered, including the following: Can splicing evolve when organisms adapt to new challenges? How does evolution optimize inefficiency of introns' splicing and of the splicing machinery? To explore these questions, we evolved yeast cells that were engineered to contain an inefficiently spliced intron inside a gene whose protein product was under selection for an increased expression level. We identified a combination of mutations in Cis (within the gene of interest) and in Trans (in mRNA-maturation machinery). Surprisingly, the mutations in Cis resided outside of known intronic functional sites and improved the intron's splicing efficiency potentially by easing tight mRNA structures. One of these mutations hampered a protein's domain that was not under selection, demonstrating the evolutionary flexibility of multi-domain proteins as one domain functionality was improved at the expense of the other domain. The Trans adaptations resided in two proteins, Npl3 and Gbp2, that bind pre-mRNAs and are central to their maturation. Interestingly, these mutations either increased or decreased the affinity of these proteins to mRNA, presumably allowing faster spliceosome recruitment or increased time before degradation of the pre-mRNAs, respectively. Altogether, our work reveals various mechanistic pathways toward optimizations of intron splicing to ultimately adapt gene expression patterns to novel demands.

The localization of mRNAs encoding secreted/membrane proteins (mSMPs) to the endoplasmic reticulum (ER) likely facilitates the co-translational translocation of secreted proteins. However, studies have shown that mSMP recruitment to the ER in eukaryotes can occur in a manner that is independent of the ribosome, translational control, and the signal recognition particle, although the mechanism remains largely unknown. Here, we identify a cis-acting RNA sequence motif that enhances mSMP localization to the ER and appears to increase mRNA stability, and both the synthesis and secretion of secretome proteins. Termed SECReTE, for secretion-enhancing cis regulatory targeting element, this motif is enriched in mRNAs encoding secretome proteins translated on the ER in eukaryotes and on the inner membrane of prokaryotes. SECReTE consists of >= 10 nucleotide triplet repeats enriched with pyrimidine (C/U) every third base (i.e. NNY, where N = any nucleotide, Y = pyrimidine) and can be present in the untranslated as well as the coding regions of the mRNA. Synonymous mutations that elevate the SECReTE count in a given mRNA (e.g. SUC2, HSP150, and CCW12) lead to an increase in protein secretion in yeast, while a reduction in count led to less secretion and physiological defects. Moreover, the addition of SECReTE to the 3'UTR of an mRNA for an exogenously expressed protein (e.g. GFP) led to its increased secretion from yeast cells. Thus, SECReTE constitutes a novel RNA motif that facilitates ER-localized mRNA translation and protein secretion.

Technological breakthroughs in the past two decades have ushered in a new era of biomedical research, turning it into an information-rich and technology-driven science. This scientific revolution, though evident to the research community, remains opaque to nonacademic audiences. Such knowledge gaps are likely to persist without revised strategies for science education and public outreach. To address this challenge, we developed a unique outreach program to actively engage over 100 high-school students in the investigation of multidrug-resistant bacteria. Our program uses robotic automation and interactive web-based tools to bridge geographical distances, scale up the number of participants, and reduce overall cost. Students and teachers demonstrated high engagement and interest throughout the project and valued its unique approach. This educational model can be leveraged to advance the massive open online courses movement that is already transforming science education.

In experimental evolution, scientists evolve organisms in the lab, typically by challenging them to new environmental conditions. How best to evolve a desired trait? Should the challenge be applied abruptly, gradually, periodically, sporadically? Should one apply chemical mutagenesis, and do strains with high innate mutation rate evolve faster? What are ideal population sizes of evolving populations? There are endless strategies, beyond those that can be exposed by individual labs. We therefore arranged a community challenge, Evolthon, in which students and scientists from different labs were asked to evolve Escherichia coli or Saccharomyces cerevisiae for an abiotic stresslow temperature. About 30 participants from around the world explored diverse environmental and genetic regimes of evolution. After a period of evolution in each lab, all strains of each species were competed with one another. In yeast, the most successful strategies were those that used mating, underscoring the importance of sex in evolution. In bacteria, the fittest strain used a strategy based on exploration of different mutation rates. Different strategies displayed variable levels of performance and stability across additional challenges and conditions. This study therefore uncovers principles of effective experimental evolutionary regimens and might prove useful also for biotechnological developments of new strains and for understanding natural strategies in evolutionary arms races between species. Evolthon constitutes a model for community-based scientific exploration that encourages creativity and cooperation.

The epigenetic dynamics of induced pluripotent stem cell (iPSC) reprogramming in correctly reprogrammed cells at high resolution and throughout the entire process remain largely undefined. Here, we characterize conversion of mouse fibroblasts into iPSCs using Gatad2a-Mbd3/NuRD-depleted and highly efficient reprogramming systems. Unbiased high-resolution profiling of dynamic changes in levels of gene expression, chromatin engagement, DNA accessibility, and DNA methylation were obtained. We identified two distinct and synergistic transcriptional modules that dominate successful reprogramming, which are associated with cell identity and biosynthetic genes. The pluripotency module is governed by dynamic alterations in epigenetic modifications to promoters and binding by Oct4, Sox2, and Klf4, but not Myc. Early DNA demethylation at certain enhancers prospectively marks cells fated to reprogram. Myc activity drives expression of the essential biosynthetic module and is associated with optimized changes in tRNA codon usage. Our functional validations highlight interweaved epigenetic- and Myc-governed essential reconfigurations that rapidly commission and propel deterministic reprogramming toward naive pluripotency.


Additional data files

The following additional data are available with the online version of this paper: a figure showing nucleosome patterns surrounding the TSS, start codon, and stop codon in yeast and fly (Additional data file 1) a figure showing illustrative genes with nucleosomal peaks at coding boundaries (Additional data file 2) a figure showing DNA methylation level surrounding the transcript and coding region boundaries in the mouse liver (Additional data file 3) a figure showing nucleosome occupancy according to differential Pol II elongation efficiency (Additional data file 4) a figure comparing densities of Ser5-phosphorylated and unphosphorylated Pol II (Additional data file 5) a figure showing Pol II density with higher and lower nucleosome occupancy (Additional data file 6) a figure showing DNA bending propensity at the start and stop codons (Additional data file 7) a figure demonstrating the length of the 5' UTR and gene expression level for genes with high CpG density around the start codon (Additional data file 8) a figure showing the overall patterns of nucleosome occupancy and DNA methylation level inside the protein coding region (Additional data file 9).


شاهد الفيديو: الجينات (شهر نوفمبر 2022).