ARE a czasowa aktywacja genów zależnych od NF-κB

mgr Marta IwanaszkoSilesian University of Technology

Gliwice 2010

2

Plan wystąpienia

Wprowadzenie do zagadnienia

Motywacja, dane, narzędzia

Wyniki

3

NF-κB

Rodzina NF-κB odgrywa ważną rolę

we wczesnej odpowiedzi immunologicznej, a także

ma wpływ na inne ważne procesy takie

jak aktywacja cyklu komórkowego, czy apoptoza.

Po stymulacji przez patogen aktywowana jest

kaskada kinaz, której efektem jest uwolnienie

NF-κB poprzez odłączenie molekuły inhibitora

(IκBα). Aktywny NF-κB przedostaje się

z cytoplazmy do jądra komórkowego, gdzie

uczestniczy w aktywacji procesu transkrypcji

zależnych genów.

4

Klasyfikacja genów zależnych od NF-κB

Based on the TNF-stimulation experiment, conducted at the UTMB at Galveston, NF-κB-dependent

genes can be categorized, based on the timing of their activation counted from NF-κB translocation

into the nucleus as: early, middle and late genes. Red color indicates high expression

Tian et al. (2005)

5

Klasyfikacja genów zależnych od NF-κB

Grupa Funkcja

Wczesne (Early)

cytokiny czynniki transkrypcyjne sygnałowa

Średnie (Middle)

receptory powierzchniowe metaboliczna sygnałowa antyapoptotyczna

Późne(Late)

receptory receptory powierzchniowe sygnałowa czynniki transkrypcyjne

6

Czasowa aktywacja genówNie jest oczywiste jaki mechanizm odpowiada za podział

genów ze względu na czas odpowiedzi transkrypcyjnej.

Hipotezy próbujące wytłumaczyć ten proces:

 Hipoteza kofaktorów (Paszek et al. 2005)

Hipoteza aminokwasowo specyficznej fosforylacji (Nowak et

al. 2008)

Teoria oparta o stabilność mRNA (Hao & Baltimore 2009)

7

Czasowa aktywacja genów„ The stability of mRNA influences the temporal order of the induction

of genes encoding inflammatory molecules” S. Hao and D. Baltimore (2009)

Analiza ekspresji genów i ich czasowej aktywacji wywołanych przez TNF w mysich

fibroblastach i macrofagach BMD (Bone-Marrow-Derived).

Pod uwagę zostały wzięte wyłącznie geny stymulowane (upregulation) przez TNF.

Stymulowane geny można podzielic na 3 grupy, charakteryzujące się czasem

szczytu ekspresji mRNA.

Stabilność mRNA jest różna dla danej grupy i jest powiązana z obecnością ARE w

3’ UTR (obszar nieulegający translacji).

8

3’ Untranslated Region

W obszarze 3'UTR mogą się znajdować różne sekwencje sygnałowe:

sekwencje będące sygnałem do poliadenylacji

sekwencje wpływające na lokalizację mRNA w komórce

sekwencje wpływające na stabilność mRNA (np. sekwencje ARE bogate

w adeninę i uracyl)

sekwencje wpływające na translację

miejsca wiązania miRNA

9

AU – rich elements (ARE)

Klasa Charakterystyka

ARE I Kilka rozproszonych kopii pentameru AUUUA

ARE II Przynajmniej dwa pokrywające się motywy UUAUUUA(U/A)(U/A)

ARE III Regiony bogate w AU, ale nie zdefiniowane jako motyw AUUUA

ARE to region w sekwencji mRNA, w którym często występują nukleotydy

A (adenina) i U (uracyl), który wskazuje mRNA do degradacji.

Szacuje się, ze 5-8% ludzkiego mRNA zawiera ARE, szczególnie w mRNA cytokin

i czynników transkrypcyjnych, gdzie oznaczają sekwencje przeznaczone do

szybkiej destrukcji.

10

ARE a czasowa aktywacja genów

S. Hao and D. Baltimore (2009)

11

Motywacja

Analiza zestawu genów zależnych od NF-κB przedstawionego

w pracy Tiana i in. (2005) pod względem występowania

elementów ARE w 3’ UTR.

Motywy: ATTTA WATTTWW / WWATTTW WWATTTAWW ARE III,

12

Dane, narzędzia Gatunki:

człowiek, szympans, mysz, krowa.

Geny:

Podzbiór genów zależnych od NF-κB (40 genów, reprezentujące

grupy: early, middle, late) zaprezentowanych w pracy Tian in.

(2005)

Aplikacje:

UCSC Genome Browser

NucleoSeq

Matlab

13

Analiza wyników klasyfikacji

GeneClassification based on ARE count (mRNA stability)

Classification based on expression pattern (Tian et al.)

PTGS2 Early Early

CXCL1 Early Early

CXCL2 Early Early

IL6 Early Early

TNFAIP3 Early Early

NFKBIA (IkBa) Early Early

IRF1 Early Early

Geny występujące w obu zestawach genów (Hao & Baltimore, Tian i in.)

GeneClassification based on ARE count (mRNA stability)

Classification based on expression pattern (Tian et al.)

ICAM1 Middle/ Late Late

CCL20 Middle/ Early Early

IFNGR2 Middle Middle

NFKBIE Middle Middle

RELB Middle Middle

TNFAIP2 Middle Middle

TAPBP Late Late

14

Wyniki: ARE IIIHuman

Mouse

Chimp

Cow

Late Middle Early

Late Middle Early

Late Middle Early

Late Middle Early25

20

15

10

5

15

10

5

24

20

15

10

5

13

10

5

15

Wyniki: ARE III

1 Wczesne: mean= 8,142

2 Późne: mean= 2,091

3 Średnie: mean= 5,056

16

Wyniki: ARE I (‘ATTTA’)Human

Mouse

Chimp

Cow

Late Middle Early

Late Middle Early

Late Middle Early

Late Middle Early

5

10

5

10

15

20

5

10

12

5

10

15

20

17

Wyniki : ARE I (‘ATTTA’)

1 Wczesne: mean= 5.643

2 Późne: mean= 1.091

3 Średnie: mean= 2.667

18

Wyniki: ARE II (‘WWATTTAWW’)

Human

Mouse

Chimp

Cow

Late Middle Early

Late Middle Early

Late Middle Early

Late Middle Early

8

7

6

5

4

3

2

1

6

5

4

3

2

1

8

7

6

5

4

3

2

1

4

3

2

1

19

Wyniki: ARE II (‘WWATTTAWW’)

1 Wczesne: mean= 2.929

2 Późne: mean= 0.182

3 Średnie: mean= 0.500

20

Problemy do rozwiązania Uzyskanie prawidłowych sekwencji 3’ UTR dla wszystkich

rozpatrywanych gatunków,

Wybór najlepszego motywu do poszukiwania ARE,

tak by umożliwiał on najlepsze zróżnicowanie grup genów

w zależności od czasowej aktywacji transkrypcji

Okreżlenie poziomu korelacji pomiędzy znaczeniem

struktury regionu promotora rozpatrywanych genów,

a zawartością ARE w 3’ UTR.

Rozszerzenie zestawu genów poddawanych analizie.

21

Podziękowania

Prof. Marek Kimmel, W.M. Rice University, Houston

Prof. David Wheeler, BCM, Houston

Prof. Allan R. Brasier, UTMB, Galveston

22

Dziękuję za uwagę

23

Results: Differences in promoter structure

General cross-species sequence conservation is higher between the early genes than between the late genes

Human IκBα Human PTGES

Early genes representative

Late genes representative