Source: http://www.fasebj.org/content/13/3/435.full
Departamentul de Biologie Moleculara, Biologie Celulara si Biochimie, Universitatea Brown, Providence, Rhode Island 02912, Statele Unite ale Americii
REZUMAT
Sediu citoplasmatic de molecule mRNA a apărut ca un mecanism puternic pentru generarea expresiei genelor spaţial restricţionat. Acest proces este un contributor important la polaritate celula atât în celulele somatice şi ovocitelor, şi poate oferi baza pentru tiparul in timpul dezvoltarii embrionare. În vertebrate, acest fenomen este, probabil, cel mai bine documentat în broasca, Xenopus laevis, în cazul în care polaritatea de-a lungul axei de animale vegetal coincide cu Sediu de molecule mRNA numeroase. De cercetare în ultimii ani mai mulţi a făcut progrese interesante spre intelegerea mecanismelor moleculare care stau la baza mRNA citoplasmatice localization.-Mowry, KL, Coasta, CA sortare ARN în Xenopus ovocitelor şi embrionilor.
CONTEXT
Sediu de molecule mRNA poate fi acum privit ca un mecanism pe scară largă pentru generarea de polaritate celula; mRNAs localizate au fost identificate într-o serie de organisme, atât în celulele somatice şi celule germinale (revizuită în ref 1 ). În termen de celule somatice, mRNAs localizate pot codifica proteine cu rol în stabilirea sau menţinerea motilitate celule si morfologie, şi poate acţiona pentru a oferi caietul de sarcini regional funcţional. Exemple de acest tip se numără celule specifice Sediu de izoforme mRNA Actin 2 - 5), precum şi un număr tot mai mare de transcrieri ARN-ului care sunt localizate în celulele neuronale (6)
RNAs localizate în ouă şi ovocitelor au efecte profunde asupra structurare şi dezvoltare (revizuită în ref 7 ). De exemplu, dezvoltarea corespunzătoare a Drosophila melanogaster embrionul este dependentă în parte, pe regionalizare de mai mulţi factori în cadrul ovocitului. MRNAs maternă codare factorii determinanţi anterior şi posterior, bicoid şi Nanos, sunt localizate la polul opus al ovocitului 8, 9), şi foaia matricolă din gurken gena este localizată în regiunea anterioară / dorsală a ovocitului (10) Determinarea Drosophila germline, de asemenea, se bazează pe Sediu de mRNA; Sediu de Oskar mRNA la polul posterior iniţiază asamblarea plasm germeni (11)
Aceste exemple ilustrează problemele fundamentale cu care se confruntă de celula, indiferent dacă aceasta este o celula somatica sau un celulelor germinale. În primul rând, RNAs destinate pentru localizare trebuie să fie recunoscută din mijlocul gamă largă de RNAs interiorul celulei. În al doilea rând, ARN-ului trebuie să fie transportate sau limitată la o anumită regiune a citoplasmei celulei. În cele din urmă, moleculele de ARN localizate trebuie să rămână la nivel de domeniu citoplasmatic corect pentru a se asigura exprimare spaţial corespunzătoare. Această revizuire se va concentra pe experienta dobandita cu privire la modul în care acest proces este orchestrat prin examinarea studiilor de ARN sortare în Xenopus ouă şi ovocitelor.
SPECIFICAŢIE AXIS ÎN Xenopus
Ovocitelor din această anuran sunt mai întâi de-a lungul polarizate animală vegetal (AV) 2 axe, axa de unică prezintă un potenţial de dezvoltare înainte de fertilizare. Evenimentele precise care precizează axa AV nu au fost încă să fie pe deplin elucidat, cu toate acestea, ceea ce poate fi considerat primii indicatori citologic de polaritate sunt detectabile de primele etape ale oogenesis. Diferenţiere ovocitului începe ca diviziuni mitotice care produc seturi de 16 celule conectate prin poduri citoplasmatice (12) Unul dintre primele semne ale polarităţii celulare în curs de dezvoltare Xenopus ovocitului este amenajarea podului citoplasmatice, pereche centriole, şi cromozomi ca celulele intra meiozei 13, 14). O axă este definit de aliniere a acestor caracteristici, şi sa sugerat că este această axă, care devine elaborate ca axă AV în timpul oogenesis (15) Pe plan extern, polaritate AV devine cea mai evidentă până la mijlocul anului la oogenesis târziu (etapele IV-VI), sub formă de granule de pigment colecta în emisfera de animale. În plus, plachete gălbenuş sunt asimetric distribuite în cadrul ovulul, cea mai mare concentrare în ambele mărimea şi numărul se află în emisfera vegetale până la sfârşitul anului oogenesis (16) Luate împreună, aceste caracteristici conferă la ovocit o caracteristică în două tonuri aspect care permite identificarea simplă a animalelor, precum şi emisfere vegetale. Reorganizări dinamic de elemente, de asemenea, să apară pe parcursul cytoskeletal oogenesis (revizuit în 17, 18 ). Aceste reorganizari pot influenţa semnificativ distribuţia de organite multe molecule care sunt transportate, ancorate, segregate, sau altfel distribuite de-a lungul acestor elemente, şi poate contribui la diferenţele regionale în cortexul şi citoplasma atât a animalelor, precum şi emisfere vegetale.
Potenţial de dezvoltare de-a lungul axei AV este coincide cu harta soarta a trei straturi germinative primare: ectoderm, mesoderm, şi endoderm (revizuită în ref 19 ; a se vedea figura 1. ). Animală celule emisfera urmeze soarta ectodermale, dând naştere la piele si sistemul nervos, întrucât celulele vegetale emisfera urmeze soarta endodermal, care fac în primul rând, intestin, mesoderm (în cele din urmă muşchi, sânge, oase, etc) este derivat din celule în zona marginală sau Ecuator (20) După fertilizare, simetria radială în jurul axei AV este rupt în timpul ciclului de prima celulă prin procesul de rotaţie corticale prin care cortexul ou se roteşte la 30 ° faţă de interior (21) Direcţia de rotaţie este coincide cu orientarea de viitor dorsal-ventral (DV) axa (revizuită în ref 22 ). Rotaţie corticale pot permite pentru o rearanjare a determinanţi în cadrul ou, în special în cortexul vegetale, care este destinaţia subcelulara pentru un număr de determinanţi localizate, inclusiv proteine maternali şi RNAs.
Localizate DETERMINANŢI MATERNE
Diferenţele in potentialul de dezvoltare de-a lungul axei AV au fost mult timp considerate ca decurg din Sediu citoplasmatic de factori determinanţi materne (revizuită în ref 23 ). Astfel, structurare în embrionul este depinde de prelocalization de mRNAs si proteine în cadrul ovocitului. În acest context, specific localizate molecule mRNA au fost implicate în caietul de sarcini primar stratul de germeni şi RNAs localizate au fost identificate ca fiind componente ale plasm germeni, de asemenea.
Sediu de germeni de plasm, care specifică liniei de germeni (24) este un indicator foarte timpurie de polaritate ovocitului. Este evident că sursa de germeni de plasm este norul mitocondrial (MC), care este o acumulare de granulare-fibrilare materiale şi mitocondrii pe partea vegetale presupusă a veziculelor germinale (GV), în etapa I ovocitelor (25) După MC descompune, în timpul stadiu avansat I / etapa a II-timpurie de oogenesis, granule mitocondriile şi germinativ se găsesc în vegetale-corticale insulele din germeni de plasm (25) În ou, germeni de plasm persistă ca vegetal-corticala insulele din gălbenuş fără citoplasma, care conţin granule germinale asociate cu aglomerări mari de mitocondrii (26) În timpul clivaj devreme, insulele de plasm germeni se unesc în agregate mai mari, care sunt în cele din urmă a moştenit de către un subset de blastomeres vegetale, celulele germinale primordiale 27 - 29). Roluri pentru RNAs localizate în caietul de sarcini celulelor germinative sau determinarea au fost sugerat, ca o clasă distinctă de molecule de ARN au fost identificate, care sunt localizate la MC în ovocitelor începutul anului şi de a separa cu plasm germenul în timpul clivaj 30 - 34).
Inducerea în mesoderm Xenopus pare să se bazeze, cel puţin în parte, pe factorii determinanţi materne, care sunt localizate în emisfera vegetale 35, 36). Mesoderm este specificat printr-un eveniment inductiv prin care un semnal sau o combinaţie de semnale care provin de la celulele vegetale emisfera induce un subset de celule suprapuse în zona marginală a embrionului de a deveni mesoderm (37) Studii de natura moleculare a semnalului sau a semnalelor secretat de blastomeres vegetale au evidenţiat importanţa unui număr de factori de creştere, inclusiv membri ai factor de crestere fibroblaste (FGF) şi transformarea factor de crestere § (TGFß) superfamiliile (revizuită în ref 38 ). Spre deosebire de activitatea de inducere a FGFs şi TGFß lui, alţi factori, cum ar fi dovleac şi membri din actul de familie Wnt proto-oncogene ca modificatori (38) Independent, ele nu sunt capabile de inducerea mesoderm, dar sunt capabili de a modifica efectele altor factori determinanţi pentru model o gamă largă de tipuri de celule de la mesodermal dorsală (de exemplu, notochord şi somites) la mai multe ventrale (de exemplu, sânge, mesenchyme si muschi). Localizate la polul vegetale sunt mRNAs codare membri ai familiilor TGFß şi Wnt 39, 40), şi un rol în inducerea mesoderm pentru membrul de familie TGFß Vg1 a fost susţinută experimental 41 - 44). Cu toate acestea, rolurile de mRNAs localizate în inducerea mesoderm nu sunt limitate la factori de crestere. Rezultatele recente ale Zhang et al. (45) au atribuit un rol-cheie în structurare a straturilor de germeni primar la VegT (46) [de asemenea cunoscut si ca Xombi (47) Antipozi (48) şi Brat (49) ], care codifică un membru al familiei T-box de factori de transcriere care este localizat în emisfera vegetale. Este evident faptul că moleculele de ARN vegetally localizate contribuie la inducerea de mesoderm, dar ce despre endoderm, care rezultă din celulele vegetale ei înşişi? O legătură între inducţie mesoderm si determinare endoderm pot fi sugerate de rezultatele implicarea localizate mRNAs Legumelor T şi Vg1 nu numai în inducerea mesoderm, dar determinarea de endoderm, precum şi 44, 45, 49, 50).
Prin definiţie, un factor determinant localizate este un factor specific de poziţie şi a cărei activitate rezultă da o anumită stare de angajament faţă de celule care se moştenesc selectiv; aşa cum sa subliniat mai sus, stabilirea liniei de germeni, mesoderm, endoderm şi se pot baza pe molecule de ARN localizate. Astfel, Sediu de RNAs de-a lungul axei AV poate fi un pas cheie in structurare embrionului broasca.
RNAs localizate în Xenopus ovocite
Distribuţia inegală a mRNA se poate observa de-a lungul axei AV de Xenopus ouă şi ovocitelor 51 - 54), şi studii de instrumentare roluri posibile pentru moleculele de ARN localizate în determinarea a destinelor de celule în timpul Xenopus de dezvoltare au condus la descoperirea de mRNAs materne, care sunt localizate diferentiat în cadrul ou nefertilizat (a se vedea tabelul 1 ). Iniţial, patru transcrieri localizate au fost identificate (55) : mRNAs AN1, AN2, şi An3 au fost reţinute în cadrul preferential emisfera de animale, şi Vg1 mRNA a fost găsită exclusiv în emisfera vegetale. Investigatiile ulterioare au identificat RNAs suplimentare care sunt localizate la animale sau vegetale în timpul emisfera Xenopus oogenesis. Vegetally RNAs localizate includ Xcat-2 (56) VegT 46 - 49), Xcat-3 (57) Xdazl (32) Xlsirts (58) Xpat (33) şi Xwnt11 (40) RNAs localizată în emisfera animală includ octombrie-60 (59) xlan4 (60) x121 (61) şi de poli (A) de legare de proteine (62) recent, afişarea în lanţ a polimerazei reactie diferenţial a scos la iveală mai multe variante localizate de ßTrCP şi un transcript roman an4 (63) lăsând o îndoială că RNAs suplimentare localizate vor fi identificate în Xenopus în anii următori. Cu toate acestea, rămâne o întrebare cheie: Cum aceste RNAs devin localizate astfel încât modelele lor limitată exprimare ar putea specifica regiuni distincte în cadrul embrionului în dezvoltare?
MODELE, mecanisme şi ÎNTREBĂRI
Studii extensive în Drosophila şi Xenopus au relevat o serie de căi distincte Sediu ARN (revizuită în ref 7 ). În Xenopus, RNAs sunt direcţionate către cel puţin două destinaţii: AN1, AN2, An3, an4, ßTrCP (2,5 kb), octombrie-60, PABP, xlan4, x121 şi sunt limitate la emisfera animalelor, întrucât ßTrCP (3,5 kb, 4,9 kb), TGFß5, VegT, Vg1, Xcat-2, Xcat-3, Xdazl, Xlsirts, Xpat, şi Xwnt-11 sunt localizate în emisfera vegetale (vezi Tabelul 1 ). Cu toate acestea, mulţi, dacă nu toate, dintre aceste RNAs sunt prezente în cadrul ooplasm concomitent, împreună cu un număr copleşitor de molecule de ARN care nu sunt localizate. Ce mecanisme sunt disponibile pentru a distinge o ARN localizate din multitudinea de RNAs nelocalizat sau, de fapt, una de alta? Pentru RNAs destinate pentru localizare, cum sunt destinaţiile subcelulara stabilit, astfel încât RNAs poate fi limitată la fie animal sau vegetal emisfera? Sunt căi pentru animale şi vegetale localizare distincte sau care se suprapun? În cadrul emisfere vegetale şi animale, există subdomenii specifice, care sunt vizate de seturi diferite de molecule de ARN? În timp ce mecanismele de reglementare care guvernează de direcţionare a unui ARN specifice pentru destinaţia corectă şi restrânge momentul de localizare sale nu au fost încă să fie pe deplin elucidat, progrese considerabile au fost realizate în abordarea acestor probleme.
În construirea de modele pentru localizare ARN, de cel puţin trei etape poate fi emis ipoteza: 1) Recunoaşterea: numai un subset de molecule in celula sunt localizate; aceste molecule trebuie să fie recunoscut. 2) Regionalizarea: molecule de ARN trebuie să fie transportate sau altfel sechestrat în. regiunile definite de citoplasmei 3), de întreţinere: moleculele localizat trebuie să rămână limitat la domeniul citoplasmatice corect pentru a asigura exprimare localizate. Recunoaşterea RNAs localizate ar putea fi bazate pe ARN, în cazul în care ARN-ul în sine poartă o cis secvenţă de acţiune localizare, sau ar putea cere recunoaşterea unui produs polipeptidă curs de formare produse în cursul traducere a ARN-ului. În prezent, cu toate acestea, există dovezi pentru a sprijini recunoaşterea numai de secvente de ARN-ului în timpul localizare, şi-au înregistrat progrese în definirea secvenţelor de recunoaştere (a se vedea mai jos). Regionalizarea poate rezulta dintr-o serie de mecanisme. Transportul de ARN pe elemente cytoskeletal, probabil de proteine cu motor, a fost implicata in Sediu vegetale de Vg1 ARN (64) Regionalizarea poate să apară, de asemenea, de o protecţie locale de la degradare, astfel cum a fost demonstrat de Hsp83 mRNA în Drosophila (65) În schimb, exportul vectorial nuclear poate oferi un mijloc pentru a viza molecule de ARN la regiuni distincte citoplasmatic, astfel cum a fost sugerat de mai multe transcrieri zygotic în Drosophila (66) RNAs se pot acumula, de asemenea, la un anumit site de blocare, din cauza prezenţei unor factori localizate obligatorii. Un astfel de model a fost propus pentru Sediu de Xcat ARN-2 (67) şi, probabil, multe dintre RNAs localizate în emisfera animale, precum şi. Întreţinerea de localizare necesită mecanisme care vor restricţiona difuzarea a ARN-ului, o dată localizate. Pentru RNAs localizate în emisfera vegetale, aceasta pare a fi mediate prin legarea sau ataşare la citoscheletului cortical 30, 31, 64). RNAs localizate în emisfera animală, prin contrast, nu sunt asociate cu cortexul (30) Alte încă nedeterminat de factori pot limita aceste RNAs în emisfera animalului; cu toate acestea, este de remarcat faptul că RNAs localizată în emisfera de animale sunt prezente într-o distribuţie gradat de-a lungul axei AV, întrucât cele localizate în emisfera vegetale sunt strans limitează la vegetale regiunea corticală (a se vedea, de exemplu, ref 68 ).
Două căi VEGETALE LOCALIZATION
Cel puţin două căi funcţionează în Xenopus ovocitelor pentru a localiza RNAs la cortexul vegetale (30, 31; a se vedea figura 2. ). mRNAs localizate de cale timpurie includ Xcat 2, Xdazl, Xpat, Xwnt-11, şi Xlsirts 30 - 33). Transcrieri localizate de către asociat cale prima timpuriu, cu MC în timpul stadiile I-II, şi de la stadiu avansat al II-lea la stadiul timpuriu III sunt localizate la nivelul cortexului vegetale într-un proces descris în detaliu mai jos. Paradigma a căii alte acte pentru a localiza mRNAs la polul vegetal este Vg1 ARN-ul, care este localizat la cortexul vegetale în timpul stadiu avansat III la etapa IV timpuriu (69)
TIMPURIE cale
Calea timpurii (vezi Fig. 2 ) este compusă din cel puţin trei etape majore 30, 31, 70). Translocarea RNAs specifice de la site-ul lor de sinteza la agregatele mitocondriale care înconjoară GV cuprinde primul pas al căii (70) În timpul perioadei de prestage I oogenesis, mitocondriile sunt aranjate intr-un inel în jurul valorii de amendă GV şi intercalate în cadrul acestui inel sunt o serie de agregate mitocondrial sau structuri precloud (25) La sinteza si de transport din GV, RNAs care utilizează această cale prima mutare primare despre citoplasma înainte de translocating sub formă de particule discrete la agregatele 70, 71). MC propriu, care conţin mitocondriile, electron-dens materiale granulofibrillar (plasm germeni prezumtivă), şi a reticulului endoplasmatic neted (ER) (25) forme de condensare aparentă a mai multe dintre aceste agregate într-o iniţial capac-ca structura pe o parte a GV. Al doilea pas în calea vegetal începutul Sediu ARN-ul are loc în timpul stadiu incipient I, atunci când aceste RNAs par să se coaguleze la un agregat dominant, MC (70) Din nou, locul unde se află relativ MC la GV în aceste ovocitelor previtellogenic este unul dintre primii indicatori de polaritate ca MC este gandit pentru a locui pe partea vegetale a GV (25) Prin stadiu incipient al II-lea, aceste RNAs par pentru a sorta în anumite regiuni în cadrul MC: RNAs Xlsirt apar distribuite uniform de-a lungul suprafeţei întrucât formele mRNA Xcat-2 un inel în jurul valorii de mARN exterior şi devine Xwnt11 situat spre centru (31) Prin stadiu avansat stadiu incipient II-III din oogenesis, MC descompune (25) şi apare ca o formă wedge-ca, cu vârful în apropierea GV şi a bazei sale extinderea spre cortexul vegetal (31) Translocarea de la MC dispersate şi ancorarea acestor RNAs în cadrul formularul cortexul vegetale a treia treaptă a căii 30, 31). Odată ancorat, RNAs se limitează la interiorul unui model de distribuţie relativ limitată în cazul în care acestea rămân tot restul de oogenesis 30 - 33).
După fertilizare RNAs sunt distribuite în cortexul vegetale în insule, care aminteşte de germeni de plasm 30, 32, 33, 72). În timpul clivaj, RNAs sunt mostenite cu un subset de blastomeres vegetale, care sugereaza aceste RNAs sunt componente ale germeni plasm 30, 32, 33, 72). Alte dovezi că RNAs localizate prin filiera timpurii sunt componente ale plasm germeni vine de la analiza ultrastructurale, în care Xcat-2 a fost detectat pe granule germinale în ovocitelor; Xlsirts şi Xwnt11, prin contrast, au fost asociate cu reţeaua fibrilare de germeni plasm (34) Acesta a fost propus ca localizare prin calea precoce, poate servi pentru a distribui aceste RNAs în linii cu celule germinale (34)
De transport de vegetale RNAs anticipate nu par să se bazeze pe orice componente cytoskeletal, din moment ce asocierea RNAs localizate cu MC nu este perturbat de tratament, fie cu nocodazole sau B cytochalasin, microtubule şi agenţi microfilament depolymerizing, respectiv 31, 70). Mai mult decât atât, integritatea MC nu este afectat de aceste medicamente (25) Zhou şi Regele (67) au sugerat că Sediu de Xcat-2 ARN la MC poate să apară de blocare selectivă, mai degrabă decât de transport activ. Cu toate acestea, ancorare RNAs la cortexul pare a fi microfilament dependente, deoarece tratamentul cu cytochalasin B a lansat RNAs respective de la poziţiile lor corticală (31) Mai degrabă decât primare difuzarea pe întreg teritoriul citoplasma după tratament de droguri, a rămas ca RNAs particule discrete, sugerând probabil o interacţiune cu componente filament intermediare ale cortexului (31) După cum vom vedea, calea timpurie este distinctă din calea târziu sau VG-similare în temeiul nu numai de momentul în care (etapele I-II), dar şi dependenţa acestuia asupra transportului, prin MC şi o lipsă de dependenţa de microtubuli.
ÎNTÂRZIERE cale
Vg1 ARN exemplifică Sediu de cale târziu, şi a fost în centrul de experimente pentru a elucida calea. Cu toate acestea, aceasta cale nu se limitează la Vg1 ARN-ul, ca Sediu de VegT încasările ARN-ului pe calea târziu (46) şi alte, probabil ca inca nedescoperite, RNAs sunt susceptibile de a utiliza acest mecanism, de asemenea. Semnele distinctive ale căii tarziu includ o dependenţa de citoscheletului şi translocarea vegetale a ARN-ului în timpul etapelor III-IV (vezi Fig. 2 ).
Vg1 mRNA se găseşte uniform distribuită în cadrul ovulul în timpul stadiile I-II de oogenesis (69) şi este exclus de la MC (72) Prin stadiul III de oogenesis, o parte din Vg1 mRNA este detectat în cortexul vegetal într-o regiune care pare să se suprapun poziţiile RNAs timpurie-localizate (31) În timpul mijlocul oogenesis (stadiile III-IV), Vg1 ARN-ul este translocat în emisfera vegetale, cu o concomitentă `de compensare" de Vg1 mRNA din emisfera animale citoplasma (69) Analiza de ovocite stadiul III secţionate relevat o canalizarea aparent de Vg1 transcrieri faţă de poziţia RNAs precoce-localizate, în special la site-ul ocupate de RNAs Xlsirt în cortexul vegetal (31) Stadiile de V-VI, Vg1 mRNA ocupă un înveliş strâns cortical de la varful de pol vegetale în zona marginală viitor (69) în cazul în care rămâne până la maturizare, atunci când Vg1 mRNA este eliberat din cortexul şi difuzează spre regiunea ecuatoriala (39) Vg1 mRNA împreună cu produsul său de proteine este moştenită de blastomeres vegetale în timpul clivaj 73, 74). Mis-expresie a fie Vg1 sau VegT în emisfera animală conduce la expresia mesodermului (si endoderm, în unele cazuri), în celulele care ar forma în mod normal, ectoderm 41, 42, 46 - 50); epuizarea rezultatelor materne mRNA VegT în remodelare dramatică de straturile de germeni (45) subliniind importanţa de reglementare Sediu vegetal al acestor RNAs.
ROLUL citoscheletului ÎN Vg1 LOCALIZATION ARN
În contrast cu ceea ce este observat la începutul anului-localizate RNAs, Vg1 localizare mRNA de către calea târziu depinde de elemente cytoskeletal. Experimente biochimice examinarea asocierea Vg1 mRNA cu componente cytoskeletal demonstrat o 35 - de îmbogăţire de 50 de ori de Vg1 mRNA în fracţiunea detergent-insolubile ale etapei ovocite VI 64, 75) După maturare, Vg1 mRNA a fost eliberat în fracţiunea solubilă, care coincide cu defalcarea de filamente cytokeratin corticale 64, 75, 76). Mai mult decât atât, Vg1 ARN-ul este, de asemenea selectiv asociat cu vegetale izolate, dar nu de animale, de la cortexul ovocite VI etapă, care s-au dovedit a conţine microtubule, microfilament, şi reţelele de cytokeratin (57) Yisraeli et al. (64) analizate efectele inhibitorilor cytoskeletal privind distribuţia Vg1 mRNA în timpul perioadelor de localizare activă. Perturbarea a reţelei de microtubuli depolymerizing de agenţi, cum ar fi nocodazole a condus la o dispersare a Vg1 mRNA în citoplasma ovocitelor stadiu avansat III, sugerând că procesul de translocaţie este dependent de microtubule (64) Un tratament similar din etapa ovocitelor VI nu a avut nici un efect asupra ancorare a Vg1 la cortexul vegetale, dar tratamentul de ovocite stadiu avansat cu cytochalasin B, pentru a perturba microfilaments a condus la o eliberare (deşi incompletă) a Vg1 mRNA din cortexul (64) Prin contrast, cytochalasin B tratament nu a avut nici un efect asupra Vg1 translocaţie în stadiul III ovocitelor (64) Prin urmare, asocierea Vg1 mRNA cu vegetale cortexul este dependent de cel puţin în parte cu privire la integritatea reţelei microfilament în cortexul ovocitului. Pe baza acestor rezultate, Yisraeli et al. (64) a propus un model în două etape pentru Vg1 localizare ARN în care microtubule-mediată de translocaţie este urmată de microfilament dependentă de ancorare la cortexul vegetale. Ca un corolar la aceasta, mulţi au intrebat daca translocarea Vg1 ARN-ului s-ar putea să se bazeze pe proteine cu motor microtubule-dependente. Cu toate acestea, o interacţiune între un ARN localizate, precum şi orice motor de proteine a fost încă să fie identificate.
POTENŢIAL cross-talk ÎNTRE MODALITĂŢI precoce şi tardivă
Este clar că există două spaţial şi temporal distincte căi vegetale Sediu în Xenopus ovocite, care diferă în continuare o cerinţă pentru elementele cytoskeletal. Cu toate acestea, mai multe linii de dovezi sugerează că este semnificativ cross-talk între două căi. Primele dovezi de interacţiuni între căile a venit de la experimentele sugerează o legătură între Sediu de RNAs Xlsirt şi Vg1 mRNA (77) Incapacitatea de a RNAs Xlsirt care urmează să fie tradus, combinat cu localizarea acestora de către calea timpurii (31) a condus la sugestii care pot actiona fie ca o componentă structurală a cortexului sau să fie implicate în Sediu de alte RNAs. Dovada pentru aceasta din urmă au fost furnizate de un studiu în care injectarea de antisens oligodeoxynucleotides Xlsirt în stadiul IV ovocitelor a condus la o distrugere de Xlsirt ARN (77) Concomitent cu aceasta a fost un comunicat in citoplasma Vg1, dar nu Xcat-2, mRNA de la poziţia sa iniţială cortical (77) Deşi nu directă Xlsirt ARN-Vg1 ARN legătură într-a fost stabilită, aceste rezultate ilustrează o cerinţă pentru Xlsirt ARN în ancorarea Vg1.
În continuare sprijin pentru interacţiunile între două căi a fost obţinută prin analiza rafinat temporale şi spaţiale a căilor. Prin etapa a II-a oogenesis târziu, în timp ce marea majoritate a Vg1 mRNA este uniform distribuită în cadrul ovocitului, un subset de a ARN-ului pare să ocupe o regiune a cortexului ocupate de RNAs timpurii (31) In timpul stadiu incipient III, ARN-ului presupune o distribuţie wedge-ca in emisfera vegetale, cu canalizarea aparentă a ARN-ului faţă de regiune a cortexului care conţin RNAs timpurii (31) Această regiune pană poate cuprinde un subdomeniu al ER, după cum a sugerat prin experimente care a relevat o suprapunere aparente în modelul de distribuţie a TRAPα, integrantă ER proteine (78) sau GRP78, o proteina care se gaseste in lumenul ER (72) cu modelul wedge-shaped de Vg1 mRNA în etapa a II / III ovocitelor. Interacţiunea dintre Vg1 ARN-ului şi domeniului penei este microtubule independente şi pot reprezenta un pas timpuriu în calea târziu (72) Pe baza acestor observaţii, Kloc şi Etkin (72) au propus un model în care mişcarea de MC pe parcursul acestor stadii timpurii oogenic cumva determină sau orientează corect piesele cytoskeletal necesare pentru localizarea RNAs folosind calea târziu. Este uimitor faptul că MC în sine conţine o γ-tubulinei-pozitiv structura care ar putea funcţiona ca un centru de microtubule organizarea cu capacitatea de a stabili aceste piese microtubule (72) Prin acest model, stabilirea calea tarziu este dependentă pe calea devreme.
În sfârşit, unele RNAs timpurii sunt capabile de a utiliza fie cale, astfel cum a fost demonstrată pentru Xcat-2 şi Xpat 33, 71). Întrucât RNAs endogene sunt localizate de către calea devreme 30, 31, 33), exogene Xcat-2 sau Xpat mRNAs poate localiza independent de MC şi să exploateze calea târziu atunci când este injectat în stadiul IV ovocite 33, 71). Acest lucru capacitatea de a utiliza fie calea ridică întrebări cu privire la selectivitate şi specificitate a căilor localizare. Acestea includ modul în care `corect" cale este ales şi ce factori suplimentare sunt implicate atât în selectarea şi utilizarea aceasta cale corectă în timpul unei perioade definite de oogenesis. Unii introspectie in acest lucru este prevăzut de experimente pentru a face Vg1 capabile să utilizeze calea timpurii (72) Endogen Vg1 ARN-ul este uniform distribuit într-un stadiu I ovocitului (69) şi este absente de la MC în acest stadiu (31) Cu toate acestea, Vg1 secvenţele pot fi direcţionate către MC, aşa cum este arătat recent de către Kloc şi Etkin (72) folosind un Xlsirt-Vg1 injectat himeric mRNA. Aceste experimente demonstrează că, având în vedere dreptul de semnal, în acest caz, secvenţe-Vg1 Xlsirt poate asocia cu MC potenţial şi de a folosi calea devreme. În plus, ARN-ului endogen Vg1 trebuie sa lipseasca un semnal de recunoscut de către calea devreme, întrucât Xcat-2 şi RNAs Xpat conţin aparent semnale uşor de recunoscut de către ambele căi.
ARN-ul RECUNOAŞTERE: ROLUL DE CSI cu acţiune ELEMENTE
Care sunt semnalele specifice care mediaza ARN Sediu? Este tot mai clar că recunoaşterea de RNAs pentru localizare se bazează pe cis -secvenţe care acţionează cu reşedinţa în UTRs 3 "din mesajele localizate (revizuită în ref 1 ). Pentru unele RNAs localizate, studiile detaliate de cartografiere au evidenţiat elemente discrete secvenţă în cadrul UTRs 3 ', care sunt suficiente pentru a directe localizare corespunzătoare (a se vedea Ref 1 şi textul de mai jos). În majoritatea cazurilor, aceste elemente secvenţă sunt relativ mari, iar acest lucru a complicat eforturile de a înţelege modul în care astfel de secvenţe, pot acţiona ca semnale pentru a promova localizare.
Un punct de vedere al recunoaşterii ARN-ului este ca toate RNAs localizate ar trebui să conţină în mod inerent elemente relativ conservate secvenţă care sunt recunoscute de către maşini de localizare existente, pentru a promova localizare. O astfel de element poate fi extinsă şi constau dintr-o intindere de elemente conservate secvenţă primare. În schimb, recunoaşterea unui element de echipament de localizare poate depinde în principal pe structurile secundar sau terţiar adoptate de către ARN-ului (79) Astfel de structuri includ bucle stem, umflături, tetraloops, dublu-catenar regiuni, şi pseudoknots, oricare dintre ele poate să prevadă recunoaşterea şi / sau site-uri cu caracter obligatoriu pentru trans factorii de localizare cu acţiune. Spre deosebire de un amplu chiar dacă structura secundară generalizate, un element de localizare poate conţine semnificativ mai mici, discrete subelemente cu domeniile locale de structura secundară. Aceste subelementele pot directe independent etapele individuale de o cale de localizare sau ar putea acţiona în mod concertat cu alte elemente pentru a coordona întreaga cale. Într-un astfel de model, se pare rezonabil ca un set de RNAs (de exemplu, Xcat-2 şi Xlsirts), care utilizează aceeaşi cale de localizare, de asemenea, să conţină elemente la comun de recunoaştere. De asemenea, in cai de localizare multe etape, RNAs care impartasesc numai un subset de paşi poate conţine atât semnale similare şi modificate sau suplimentare. Cu toate acestea, în prezent, soluţia la problema recunoaşterii nu pare să fie unul simplu.
Analiza cerinţelor 3 'UTR secvenţă elementul pentru Xcat-2 mRNA localizare a identificat cel puţin două semnale de localizare. Prima este o regiune NT 250 în termen de "sfârşitul termenului de 3 'UTR 5, care este necesară pentru translocaţie de cale timpurie (67) RNAs Xlsirt, care sunt, de asemenea, localizate de către calea devreme, sunt intercalate foi matricole scurt repeta conţin unităţi de repetare a ~ 80 NT flancat de secvenţe unice de 31, 80). Analiza cerinţelor de secventa pentru Sediu Xlsirt a arătat că secvenţe unice nu au sprijin de localizare şi de faptul că o serie de secvenţe repetate trei au fost în măsură să confere localizarea pe o transcriere reporter nelocalizat (58) Din păcate, comparaţia dintre aceste două semnale de localizare precoce nu dezvăluie similarităţi imediat aparentă sau omologări (deşi omologări comun structurale vor fi, fără îndoială, dificil de a discerne). Semnalul Sediu două găsite în UTR 3 'din Xcat-2 direcţionează Sediu de-a lungul caii târziu (71) Semnalul este bipartite constituită dintr-o regiune NT 150 (care este conţinută în semnalul de 250 NT Sediu începutul anului), la "sfarsitul celor 3" 5 UTR, împreună cu ultimele 120 de NT din UTR 3 ' (71) Recunoaşterea acestor semnale, în special unul de altul, este un pas critic primul in procesul de localizare, ca eveniment de recunoaştere poate determina în cele din urmă a ARN-ului de destinaţie finală subcelulara.
Sediu de Vg1 mRNA este regizat de un element 340 secvenţă nt cuprinse în "jumătate din 3 'UTR 5 (81) Acest semnal este bipartit, precum: două subelemente parţial redundante de 85 şi NT NT 140 la 5 'şi 3' capete ale elementului sunt suficiente pentru localizare (82) Redundanţa în cadrul elementului este de asemenea indicat, ca o mare parte din secventa poate fi şters, 15 NT la un moment dat, şi încă mai păstrează funcţia (82) Remarcabil, dublarea primelor 85 NT element poate directă singur toate etapele în calea localizare Vg1 (82) sugerând că elementul Vg1 localizare poate fi compus din motive secvenţă relativ conservate şi potenţial redundante care sunt reiterate în cadrul elementului. Într-adevăr, cinci astfel de motive a reiterat au fost identificate 78, 82): E1 (UAUUUCUA, două exemplare), E2 (UUCAC, cinci copii), E3 (UGCACAGAG, două copii) E4 (CUGUUA, trei exemplare), şi VM1 (UUUCUA, trei copii). Două dintre aceste motive, E2 şi VM1, s-au dovedit a fi critice pentru localizare 78, 82). Eliminarea din toate copiile E2 în cadrul elementului 340 NT Sediu Vg1 eliminate localizare, întrucât eliminarea similare de E1, E3, E4 sau secvenţe depreciate, dar nu a distrus Sediu (78) Pentru VM1, introducerea de schimbări de bază în cadrul motive eliminată Sediu (82) la fel ca 20 substituţii nt, care a eliminat toate copiile a motivului (83) Astfel, motive critice secvenţă în cadrul elementului Sediu Vg1 poate, cel puţin în parte să fie reprezentată de motive secvenţă a reiterat la fel de mici ca 5-6 NT, iar aceste motive s-au dovedit pentru a oferi site-uri cu caracter obligatoriu pentru trans -factorii de localizare acţiune (78, 82 - 84; rezultate nepublicate 3 ).
ARN-ul RECUNOAŞTERE: TRANS -FACTORI DE ACŢIUNE
Distincte de identificare a ARN-ului si destinaţia acestuia sunt mecanismul si utilaje care efectuează procesul de localizare. Probabil, RNAs localizate interacţionează prin elemente de localizarea lor (în calitate de recunoaştere şi / sau site-uri cu caracter obligatoriu), cu trans -acţiune factori. Completarea acestor interacţiuni pot forma un anumit ribonucleice (RNP), complex care este responsabil pentru conducerea localizare. Pana de curand, putin a fost cunoscut cu privire la caracteristicile specifice trans -acţionează factori care interactioneaza cu un ARN dat localizate. Mai mult decât atât, înţelegere în ceea ce priveşte interacţiunile molecular precis care dintre aceste cis - şi trans -care acţionează factori, a fost lipsit.
Interacţiuni între elementul LOCALIZARE Vg1 ŞI FACTORI PROTEINA
Abordările biochimice care vizează identificarea proteinelor care interactioneaza direct cu RNAs sunt localizate oferă acum introspecţie în interacţiunile ARN-ul de proteine care stau la baza localizare. Prin UV-reticulare analiză, un set de proteine care se leaga de ovocitului intr-o maniera secvenţă specifice la elementul de localizare Vg1 au fost identificaţi ca factori de localizare candidat 78, 85, 86). Unele sau toate aceste proteine ar putea juca un rol important, astfel cum a fost sugerat de localizare pentru a continua prin formarea unui complex RNP care conţine elementul Vg1 localizare şi mai multe proteine (86) Proteine diferite în interiorul unui complex de RNP poate îndeplini roluri distincte în procesul de localizare. De exemplu, un 69 kDa Vg1 ARN de legare de proteine (Vg1RBP), care se leagă in vitro la elementul localizare Vg1 (85) a fost raportată pentru a fi o proteina microtubule asociate care pot medieze o interacţiune între Vg1 ARN-ului si microtubuli (87) În plus faţă de Vg1RBP kDa 69, cinci alte proteine (VgRBP78, VgRBP60, VgRBP40, VgRBP36, VgRBP33) au fost identificate şi a activităţilor cu caracter obligatoriu de toate, dar VgRBP78-au dovedit a fi îmbogăţit pe parcursul etapelor III şi IV din oogenesis, perioada de localizare activă (86) În cele din urmă, o proteina 75 kDa (Vera) a fost identificat prin capacitatea sa de a lega de elementul Vg1 localizare mRNA si a colocalize cu componente din ER (84) Până în prezent, trei dintre ARN Vg1 proteine de legare (Vg1RBP, VgRBP60, şi Vera), au fost implicate ca actori importanţi în procesul de localizare.
Vg1RBP şi Vera ambele au fost purificate si clonate recent 83, 84), cu un rezultat surprinzător. Secvenţe ADNc pentru Vg1RBP şi Vera sunt identice 83, 84), precum şi foarte omoloage la ZBP-1, o legare de proteine ARN care functioneaza pentru a localiza ß-Actin mRNA în fibroblaste de pui 88, 89). Vg1RBP/Vera este de natură să joace un rol semnificativ în procesul de localizare astfel cum întreruperi în Vg1RBP şi activităţi cu caracter obligatoriu Vera corelat cu defecte în Sediu mRNA Vg1 78, 83). Cu toate acestea, există un dezacord cu privire la site-ul ARN obligatorii pentru Vg1RBP/Vera. Havin et al. (83) au raportat faptul că Vg1RBP interacţionează în mod specific cu două regiuni discrete (VM1 motive) a elementului de localizare, care se suprapun două situri identificate anterior de legare de proteine (86) În analiza de site-uri cu caracter obligatoriu Vg1RBP, 20 substituţii NT s-au dovedit a interfera cu ambele obligatorii Vg1RBP in vitro şi localizarea in vivo (83) Prin contrast, Deshler et al. 78, 84) au raportat că Vera interactioneaza cu secvente (motive E2), care se află în afara acestor regiuni. Eliminarea tuturor motive E2 în cadrul elementului Sediu Vg1 a fost demonstrat de a perturba atât obligatorii Vera in vitro şi localizarea in vivo (78) Mai mult decât atât, folosind o transcriere care conţin mai multe copii ale motivului E2, Vera a fost dovedit că se leagă direct la E2 (84) Astfel, Vera este raportată se leaga de motive E2, întrucât Vg1RBP este raportat de a recunoaşte VM1 motive. Bazat pe secvenţele de cADN, masa moleculară a prezis pentru Vg1RBP/Vera este de 69 kDa 83, 84). Diferenţa în maselor moleculare publicate (69 kDa pentru Vg1RBP şi 75 kDa pentru Vera), poate să reflecte evenimente de prelucrare care ar putea influenţa atât specificitatea obligatorii şi activitatea unei proteine. Experimentele viitoare să rafineze în continuare specificitatea obligatoriu de Vg1RBP/Vera va rezolva această problemă, fără îndoială.
Într-o analiză separată a secvenţei de VM1, mutaţii punctiforme în cadrul dezvăluit motivul 60 kDa Vg1 proteine ARN legare, VgRBP60, să aibă un rol critic în Sediu (82 ; a se vedea nota de subsol 3). Baza de schimbări în cadrul VM1 s-au dovedit pentru a elimina legarea VgRBP60 singur şi să elimine localizarea in vivo (82 ; a se vedea nota de subsol 3). În aceste experimente, obligatoriu de Vg1RBP/Vera a fost aparent neafectat. Purificarea şi clonarea VgRBP60 descoperit aceasta proteina a fi extrem de omoloage de o proteină hnRNP uman, hnRNP I (a se vedea nota de subsol 3). In celulele umane, hnRNP I şi PTB, care sunt prelucrate alternativ izoforme unul de altul 90 - 92), au fost implicate în diverse aspecte ale ARN-ului biogenezei, inclusiv controlul de despicare alternative şi a ARN-ului nuclear de transport (revizuită în ref 93 ). hnRNP I / PTB a fost de asemenea raportate la transfer între nucleu şi citoplasma (94) care prezintă posibilităţi interesante mecaniciste. De exemplu, ar putea asocierea de o completare specifică de proteine ARN legare cu un ARN în nucleu acţiona pentru a-ţintă care molecula de ARN-ului citoplasmatic pentru localizare? Pe această notă, este interesant faptul că secvenţa de Vg1RBP/Vera conţine atât un semnal de export nuclear şi un semnal de localizare nucleara 83, 84). În plus, o alta molecula hnRNP, hnRNP A2, a fost dovedit că se leagă în mod specific la semnal ARN pentru transportul de mRNA proteine mielina de bază în oligodendrocitele (95) Astfel, un model poate fi implicat în care cele mai timpurii etape în calea localizarea ARN loc în nucleu, mai degrabă decât în citoplasma.
Observaţii finale
Nu este surprinzator, o revizuire a localizare ARN în Xenopus a ridicat mai multe întrebări decât răspunsuri. Cu toate acestea, mai multe generalităţi pot fi trase. De exemplu, toate cis elemente cu acţiune identificate până în prezent în cadrul hartă UTRs 3 'a RNAs respective. În trecut, CSI element de identificare a fost concentrat în primul rând pe o gamă largă, identificarea regiunilor relativ crestere a UTR 3 ', care sunt suficiente pentru a localizare directe. Numai în ultimii ani au fost întreprinse studii extinse pentru a rafina în continuare precis ARN-ul de proteine interacţiunile necesare pentru Sediu de un ARN-ului dat. Locul de muncă spre elucidarea mecanismelor de dirijare a Sediu de RNAs în Xenopus ovocite este într-un stadiu interesant. Rezultate obţinute viitoare promit să fie cele mai intrigante.
MULŢUMIRI
Mulţumim Jim Denegre comentarii cu privire la manuscris. Munca noastra privind localizarea ARN în Xenopus este sustinuta de un grant (R01 HD30699) de la National Institutes of Health.
Note de subsol
1 Corespondenţa: Universitatea Brown, 69 Brown St, Providence, RI 02912, Statele Unite ale Americii. E-mail: kimberly_mowry {la} brown.edu ![]()
2 Abrevieri: AV, animale-vegetale; DV, dorsal-ventral; reticulului ER, endoplasmatic, FGF, factor de crestere fibroblaste; GV, veziculelor germinale; hnRNP, eterogen nucleare ribonucleice, MC, mitocondriale nor; Vg1RBP, Vg1 ARN legare de proteine; RNP, ribonucleice; TGFß, factor de crestere transformare SS.![]()
3 Cote, CA, Gautreau, D., Terry, NA, şi Mowry, KL A Xenopus proteine referitoare la hnRNP I are un rol esenţial în localizarea citoplasmatică ARN. Manuscris trimis spre publicare.![]()
REFERINŢE