Анализ экспрессии чужеродного генетического материала под контролем гетерогенных промоторов в процессе раннего развития вьюна (Misgurnus fossilis L. ) тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.15, кандидат биологических наук Ильичев, Александр Владимирович

• Ильичев, Александр Владимирович
• кандидат биологических наук
• 2000

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Анализ экспрессии чужеродного генетического материала под контролем гетерогенных промоторов в процессе раннего развития вьюна (Misgurnus fossilis L. )»

Один из подходов в исследовании механизмов регуляции экспрессии генов эукариот основан на анализе данных, полученных при экспериментальном введении в эукариотические клетки генов или других сегментов ДНК (Уотсон Дж. и др. 1986).

В качестве реципиентов в работах подобного плана используют многие виды эукариотических организмов: дрожжи, насекомые, растения, млекопитающие и т.д. Не так давно, немногим более десяти лет назад, в научных исследованиях началось активное использование трансгенных рыб (Maclean N. et al. 1985) . К настоящему моменту количество видов рыб, применяемых в научных исследованиях с использованием трансгеноза, значительно увеличилось. Кроме коммерчески ориентированных видов рыб в научных исследованиях используются и малоценные в пищевом отношении рыбы (Maclean N. 1998). Анализ функционирования трансгенов может нести не только строго научный, но и коммерческий интерес. Например, генная конструкция, содержащая промотор вируса RSV и ген гормона роста, выделенного из форели, интенсивно экспрессировалась в тканях трансгенных карпов. Трансгенные особи имели больший размер, по сравнению с контрольными рыбами (Zhang P. et al. 1990). Используя в качестве трансформирующего агента ген, кодирующий антифризный белок, можно повысить толерантность трансгенных особей к пониженной температуре. Например, у трансгенной золотой рыбки, несущей антифризный белок камбалы, уменьшалась смертность от пониженной температуры (Wang R. et al. 1995).

К настоящему времени накоплен достаточно большой материал относительно эффективности работы гетерологичных промоторов в клетках трансгенных животных и растений. Описан характер экспрессии гетерологичных промоторов, как в культуре клеток, так и в процессе эмбрионального развития. Однако, в большинстве экспериментов использовали промоторы генов, клонированные из близкородственных организмов; оставался открытым вопрос об эффективности функционирования промоторов генов, клонированных из организмов, сильно эволюционно отдаленных. Таким образом, являлось актуальным проведение данного анализа.

Кроме того, ранее было показано, что определенные бактериальные последовательности ДНК, достаточно часто представленные в плазмидах, которые используются для конструирования рекомбинантных векторных молекул, могут негативно влиять на работу эукариотических промоторов (Тоу/упев Т.М. а1. 1986). В рамках данного исследования была предпринята попытка более глубокого изучения влияния бактериальных последовательностей ДНК на промоторы эукариотических генов.

Следует отметить, что исследование механизмов регуляции экспрессии генов, их регуляторных элементов не только расширит наше представление о структуре функциональной активности генов, но и позволит использовать полученные знания в биотехнологии, являющейся на сегодняшний день одной из самых перспективных отраслей промышленности.

В соответствии со сказанным выше были сформулированы следующие основные задачи данного исследования.

1. Создание векторных молекул, которые могут быть использованы для трансгеноза различных видов организмов и проведения сравнительного анализа эффективности экспрессии чужеродного генетического материала под контролем гетерогенных промоторов. С этой целью представлялось актуальным конструирование нескольких серий рекомбинантных векторных молекул ДНК, содержащих маркерные гены Neo и Lac Z под контролем сильных промоторов, клонированных из ДНК организмов, принадлежащих эволюционно отдаленным таксонам.

2. Анализ эффективности экспрессии созданных векторных конструкций в процессе раннего развития вьюна (Misgurnus fossilis L).

3. Изучение влияние бактериальных последовательностей ДНК, в частности, БАК-домена лактозного оперона Е. coli (последовательность ДНК, ответственная за взаимодействие с белком-активатором катаболизма) на функционирование эукариотических промоторов.

Обзор литературы.

Заключение диссертации по теме «Генетика», Ильичев, Александр Владимирович

Выводы.

1. Создано несколько серий рекомбинантных векторных молекул ДНК, содержащих маркерные гены Neo и Lac Z под контролем сильных промоторов, клонированных из ДНК организмов, принадлежащих эволюционно отдаленным таксонам: промотор ß-1-тубулинового гена инфузории Tetrahymena pyríformis, промотор гена 35S вируса мозаики цветной капусты, LTR мобильного элемента Copia плодовой мушки Drosophila melanogaster, промотор раннего гена обезьяньего вируса SV40.

2. Промоторы, в норме функционирующие в клетках организмов различных таксонов эукариот (млекопитающие, насекомые, растения и простейшие) активны в течении раннего развития вьюна (Misgurnus fossilis). Наиболее активным из исследованных промоторов является промотор гена ß-1 -тубулина Т. pyríformis.

3. Показано, что определенные последовательности бактериальной ДНК, часто представленные в плазмидах, используемых для конструирования рекомбинантных векторных молекул, могут значительно изменять характер активности промоторов эукариотических генов. Впервые описано "активизирующее" действие бактериальных последовательностей.

4. Впервые показано, что БАК-домен лактозного оперона Е. coli может позитивно влиять на функционирование эукариотического промотора. В составе ряда эукариотических генов, нукпеотидные последовательности которых представлены в EMBL - банке генов, выявлены домены, имеющие высокую степень сходства с БАК - доменом лактозного оперона Е. coli. Предполагается, что БАК-домен лактозного оперона Е. coli является регуляторным элементом транскрипции не только прокариотических, но и эукариотических организмов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат биологических наук Ильичев, Александр Владимирович, 2000 год

1. Андреева Л.Е., Дворянчиков Г.А. (1995) Анализ экспрессии RSV-lacZ гена в трансгенных эмбрионах вьюна Misgurnus fossilis L. при различных вариантах инъекций. Генетика. Т.31 С.759-766.

2. Козлов А.П., Решетников В.Л., Нейфах A.A. (1988) Судьба плазмидной ДНК в развивающихся эмбрионах вьюна, Misgurnus fossilis. Молек.Биол. Т.22 С. 1614-1622.

3. Колесников A.A., Алимов A.A., Барминцев В.А., Бенюмов А.О., Зеленина И.А., Краснов A.M., Джабур Р., Зеленин A.B. (1990) Высокоскоростная механическая инъекция чужеродной ДНК в яйцеклетки рыбы.Генетика. Т.26 С.2122-2126.

4. Маниатис Т., Фрич Э., Сэмбрук Дж. (1984) "Молекулярное клонирование". Москва: "Мир".

5. Спирин A.C., Агол В.И., Богданов A.A., Гвоздев В.А., Грагеров А.И., Колчинский A.M., Мирзабеков А.Д., Никифоров В.Г. (1990) "Молекулярная биология: структура и биосинтез нуклеиновых кислот." М.: Высшая школа.

6. Стент Г.С., Кэлиндар Р. (1981) "Молекулярная генетика." М.:Мир.

7. Франк-Каменецкий М.Д. и др. (1990) "Компьютерный анализ генетических текстов." М.: Наука.

8. Уотсон Дж., Туз Дж., Курц Д. (1986) "Рекомбинантные ДНК" М.:1. Мир.

9. Andres.A.C., Muellener.D.B. (1984) Persistence methylation andexpression of vitellogenin gene derivatives after injection intofertilized eggs of Xenopus laevis. Nuc.Acid.Res. V.12. P.2283-2302.

10. Ang D., Liberek K., Skowyra D., Zylicz M., Georgopoulos C. (1991) Biological role and regulation of the universally conserved heat shock proteins. J.Biol.Chem. V.266 P.24233-24236.

11. Biason A., Manter F., Scaroni C. et al. (1991) Deletion within the CYP17 gene together with insertion of foreign DNA is the cause of combined complete 17a-Hydroxylas/17, 20-lyase deficiency in an italian patient. Mol.Endocrinology. V.5 P.2037-2045.

12. Brinster R.L., Chen H.Y., Trumbauer M.E., Yagle M.K., Palmiter R.D. (1985) Factors affecting the efficiency of introducing foreign DNA into mice by microinjecting eggs. Proc.Natl.Acad.Sci. P.4438-4442.

13. Bukau Bernd. (1993) Regulation of the Escherichia coli heat-shock response. Mol.Microbiology. V.9 P.671-680.

14. Chaudhuri M.M., Tonin P.N., Srinivasan P.K. (1992) cDNA sequens of the small subunit of the hamster ribonucleotide reductase. Biochim.Biophys.Acta. V1 P.117-121.

15. Chong S.S.C., Vielkind J.R. (1989) Expression and fate of CAT reporter gene microinjected into fertilized medaka (Orizias latipes) eggs in the form of plasmid DNA, recombinant phage particles and its DNA. Theor.appl.Genet. V.78 P.369-380.

16. Chourrout D., Guyomard R., Houdebine L.M. (1986) High efficiency gene transfer in rainbow trout (Salmo gaurdneri Rich) by microinjection into egg cytoplasm. Aquaculture. V5. P.369-380.

17. Courey A.J. and Tjian R. (1998) Analysis of Sp1 in vivo reveals multiple transcriptional domains, including a novel glutamine-rich activation motif. Cell V.55 P.887-898.

18. Davies P.L., Hew C.L., Shears M.A., Fletcher G.L. (1989) Antifreeze protein expression in transgenic salmon. J.cell.Biochem. Suppl.13B P.169.

19. Depicker A. and Montagu M.V. (1997) Post-transcriptional gene silencing in plants. Current Opinion in Cell Biology. V.9 P.373-382.

20. Dreano M., Marq J.B., Bromley P. (1988) Antibody formation against heat-induced gene products expressed in animals. Biotechnology. V6. P. 1340-1342.

21. Dunham R.A., Eash J., Askins J., Townes J.M. (1987) Transfer of metallothionein human growth hormone fusion gene into channel catfish. Trans.Am.Fish.Soc. V.116 P.87-91.

22. Etkin L.D., Pearman B., Roberts M., Bektesh S.L. (1984) Replication, integration and expression of exogenous DNA injected into fertilized eggs of Xenopus laevis. Differentiation. V.36 P. 194-202.

23. Etkin L.D., Pearman B. (1987) Distribution, expression and germ line transmission of exogenous DNA sequences following microinjection into Xenopus laevis eggs. Development. V.99 P. 15-23.

24. Evans T., Reitman M., Felsenfeld G. (1988) An erythrocyte-specific DNA-binding factor recognizes a regulatory sequence common to all chicken globin genes. Proc.Natl.Acad.Sci. USA V.85 P.5976.

25. Falkner F.G., Zachau H.G. (1984) Correct transcription of an immunoglobulin kappa gene requires an upstream fragment containing conserved sequence elements. Nature V.310 P.71.

26. Fletcher G.L., Shears M.A., King M.J., Davies P.L., Hew C.L. (1988) Evidence for antifreeze protein gene transfer in Atlantic salmon (Salmo salar) Can.J.Fish.Aquat.Sci. V.45 P.352-357.

27. Fracasso C., Patarnello T. (1998) Evolution of the dystrophin muscular promoter and 5' flanking region in primates. J.MoI.Evol. V.46 P. 168179.

28. Friedenreich H., Schatl M. (1990) Transient expression directed by homologous and heterologous promoter and enhancer sequences in fish cells. Nucl.Acids Res. V.18 P.3299-3305.

29. Fromm M.E., Taylor L.P., Walbot V. (1986) Stable transformation of maize after gene transfer by electroporation. Nature. V.319 P.791-793.

30. Gedamu L., Olsson D., Zafarullah M. (1989) Control of metallothionein gene expression in the rainbow trout. J.cell.Biochem. Suppl.13B P. 167.

31. Gray W. (1989) Origin and evolution of mitochondrial DNA. Annu.Rev.Cell.Biol. V.5 P.25-50.

32. Guyomard R., Chourrout D., Leroux C., Houdebine L.M., Pourrain F. (1989) Integration and germ line transmission ot foreigh genes microinjected into fertilized trout eggs. Biochimie. V.71 P.857-883.

33. Hayat M.,Joyce C.P.,Townes T.M.,Chen T.T.,Powers D.A.,Dunham R.A. (1987) Survival and integration rate of channel catfish and common carps embryos microinjected with DNA at various development stages. Aquaculture V.51 P. 12-20.

34. He Y., Chen H., Quon M., Reitman M. (1995) The mouse obose gene. Genomic organization, promoter activity, and activation by CCAAT/enhancer-binding protein a. J.Biol.Chem. V.270 P.28887-28891.

35. Hirano F., Tanaka H., Hirano Y., Hiramoto M., Handa H., Makino I., Scheidereit C. (1998) Functional interference of Sp1 and NF-kB through the same DNA binding site. Molec. And Cell.Biology V.18 P.1266-1274.

36. Indig E.E.,Moav B.A. (1988) A procaryotic gene is expressed in fish cells and perists in tilapia embryos and adults following micriinjection. Reproduction in Fish and Applied Aspects of Endocrinology and Genetics. INRA Press, Paris. P.221-225.

37. Inoue K., Ozato K., Kondoh H., Iwamatsu T., Wakamatsu Y., Fujita T., Okada T.S. (1989) Stage-dependent expression of the chicken 8-crystallin gene in transgenic fish embryo. Cell.Diff.Dev. V.27 P.57-68

38. Inoue K., Yamashita S., Hata J.I., Kabeno S., Asada S., Nagahisa E., Fujita T. (1990) Electroporation as a new technique for producing transgenic fish. Cell.Diff.Dev. V.29 P.123-128.

39. Ivies Z., Izsvak Z., Hackett P. (1993) Enhanced incorporation of transgenic DNA into zebrafish chromosomes by a retroviral integration protein.

40. Iyengar A., Maclean N. (1995) Transgene concatamerisation and expression in rainbow trout (Oncorhynchus mykkis). Mol.Mar.Biol.Biotechnol. V.4 P.248-254.

41. Joyce C.P., Townes T.M., Chen T.T. .Powers D.A.,Dunham R.A. (1987) Survival and integration rate of channel catfish and common carps embryos micro injected with DNA at various development stages. Aquaculture. V.51 P.12-20.

42. Kadonaga J.T., Carner K.R., Masiarz F.R., Tjian R. (1987) Isolation of cDNA encoding transcription factor Sp1 and functional analysis of the DNA binding domain. Cell. V.51 P. 1079-1090.

43. Klemsz M.J., McKercher S.R., Celada A, Van Beveren C., Maki R.A. (1990) The macrophage and B cell-specific transcription factor PU1 is related to the ets oncogene. Cell V.61 P.113.

44. Kroll K.L., Amaya E. (1996) Transgenic Xenopus embryos from sperm nuclear transplantations reveal FGF signalling requirements during gastrulation. Development. V.122 P.3173-3183

45. Liand M.-F., Brinkmann H., Cerff R. (1992) The p-tubulin gene family of pea: Primary structures, genomic organization and intron-dependent evolution of genes. Plant Mol.Biol. V. 18 P.639-651.

46. Lindquester G.J., Flach J.E., Fleenor D.E., Hickman K.H., Devlin R.B. (1989 ) Avian tropomyosin gene expression. Nucl. Acids Res. V.5 P.2099-2118.

47. Logue J., Tiku P., Cossins A.R. (1995) Heat injury and resistance adaptation in fish. J.Therm.Biol. V.20 P. 191-197.

48. Maclean N. (1998) Regulation and exploitation of transgenes in fish. Mut.Research V.399 P.255-266.

49. Maclean N., Penman D., Zhu Z. (1987) Introduction of novel genes into fish. Biotechnology V.5 P.257-281

50. Maclean N., Talwar S. (1985) Injection of cloned genes into rainbow trout eggs. J.EmbryoI.Exp.Morph. V.82 Suppl.136.

51. Mason M., Yufang H., Chen H., Quon M., Reitman M. (1998) Regulation of leptin promoter function by Sp1, C/EBP, and a novel factor. Endocrinology. V.139 P. 1013-1022.

52. Marini N.J., Etkin L.D., Benbow B.M. (1988) Persistence and replication of plasmid DNA microinjected into early embryos of Xenopus laevis. Devi Biol. V.127 P.421-434.

53. Matzke M.A. and Matzke A.J.M. (1995) Homology-dependent gene silencing in transgenic plants: what does it really tell us? Tends in Genetics V.1 P. 1-3.

54. McEvoy T., Stack M., Keane B., Barry T., Sreenan J., Gannon F. (1988) The expression of foreign gene in salmon embryo. Aquaculture. V.68 P.27-37.

55. Miyata A., Yokoyama C., Ihara H., Bandoh S., Takeda 0., Takahashi E., TanabeT. Characterization

56. Morimoto R.I., Sarge K.D., Abravaya K. (1992) Transcriptional regulation of Heat Shock genes. J.Biol.Chem. V.267 P.21987-21990.

57. Muller F., Ivies Z., Erdelyi F., Papp T., Varadi L., Horvath L., Maclean N., Orban L. (1992) Introducing foreign genes into fish eggs with electrorated sperm as a carrier. Mol.Mar.Biol.Biotechnol. V.1 P.276-281.

58. Naito M., Ishiguro H., Fujisawa T., Kurosawa Y. ( 1993 ) Presence of eight distinct homeobox-containing genes in enidarians. FEBS V.3 P.271-274.

59. Ozato K., Kondoh H., Inohara H., Iwamatsu T., Wakamatsu Y., Okada T.S. (1986) Production of transgenic fish: introduction and expression of chicken Delta-cristallin gene in medaka embryos. Cell.Diff. V. P. 19237-244.

60. Pasleau F., Leung F., Kopchick J.J. (1987) A comparison of bovine growth hormon expression directed by bHG genomic or intronless DNA in transiently transfected eucaryotic cells. Gene. V.57 P.47-52.

61. Peek A.S., Wheeler P.A., Ostberg C.O., Thorgaard G.H. (1997) A minichromosome carrying a pigmentation gene and brook trout DNA sequences in transgenic rainbow trout. Genome V.40 P.594-599.

62. Penman D.J., Beechihg A.J., Penn S., Maclean N. (1990) Factors affecting survival and integration following microinjection of novel DNA in rainbow trout eggs. Aquaculture. V.85 P.35-50.

63. Perkins N.D., Agranoff A.B., Pascal E., Nabel G.J. (1994) An interaction between the DNA-binding domeins of RelAp65 and Sp1 mediates human immunodeficiency virus gene activation. Mol.Cell.Biol. V.14 P.6570-6583.

64. Perkins N.D., Edwards N.L., Duckett C.S., Agranoff A.B., Schmid R.M., Nabel G.J. (1993) A cooperative interaction between NFkB and Sp1 is required for HIV-1 enhancer activation. EMBO J. V.12 P.3551-3558.

65. Pugh B.F. and Tjian R. (1990) Mechanism of transcriptional activation by Sp1: evidence for coactivators. Cell V.61 P.1187.

66. Qureshi S.A., Baumann P., Rowlands T., Khoo B., Jackson S.P. (1995A) Cloning and functional analysis of the TATA-binding protein from Sulfolobus shibatae. Nucleic Acids Res. V.23 P. 1775-1781.

67. Qureshi S.A.,Khoo B., Baumann P., Jackson S.P. (1995B) Molecular cloning of the transcription factor TFIIB homolog from Sulfolobus shibatae. Proc.Natl.Acad.Sei.USA V.92 P.6077-6081.

68. Reihard E., Nedivi E., Wegner et al. (1994) Natural selective activation and temporal regulation of a mammalian GAP-43 promoter in zebrafish. Development. V.120 P. 1767-1775.

69. Rio D.C., Rubin C.M. (1985) Transformation of cultured Drosophila melanogaster cells with a dominant selectable marker. Mol.Cell.Biol. V.5 P. 1833-1838.

70. Rokkones E., Allestrom P., Skjirvold D.H., Gautvik K.M. (1989) Microinjection and expression of a mouse metallothionein human growth hormone gene in fertilized salmon eggs. J.Comp.Physio. V.158 P.751-758.

71. Saffer J.D., Jackson S.P., Annarella M.B. (1991) Developmental expression of Sp1 in the mouse. Mol.Cell.Biol. V.11 P.2189-2199.

72. Shears M.A., Fletcher G.L., Hew C.L., Ganthier S., Davies P.L. (1991) Transfer, expression and stable inheritance of antifreeze protein genes in Atlantic salmon (Salmo salar). Mol.Mar.Biol.Biotechnol. V.1 P.58-63.

73. Shimizu T., Iwasato T. Yamagishi H. (1991) Deletions of immunoglobulin C kappa region characterized by the circular excision products in mouse splenocytes. J.Exp.Med. V.5 P.1065-1072.

74. Slieker L.J., Sloop K.W., Surface P.L., Kriauciunas A., LaQuier F., Manetta J., Bue-Valleskey J., Stephens T.W. (1996) Regulation of expression of ob mRNA and protein by glucocorticoids and cAMP. J.Biol.Chem. V.271 P.5301-5304.

75. Stuart G.W., McMurray J.V., Westerfield M. (1988) Replication, integretion and stable germ-line transmission of foreign sequences injected into early zebrafish embryous. Development. V.103 P.403-412.

76. Stuart G.W., McMurray J.V., Westerfield M. (1989) Germ-line transformation of the zebrafish. Gene Transfer and Gene Therapy., New York. P. 19-28

77. Stuart G.W., Vielkind J.R., McMurray J.V., Westerfield M. (1990) Stable lines of tansgenic zebrafish exhibit reproducible patterns of transgene expression. Development. V.109 P.577-584.

78. Szelei J., Varadi L., Muller F., Erdelyi F., Orban L., Horvath L., Duda E. (1994) Liposome-mediated gene transfer in fish enbryos. Transgenic Res. V.3 P. 116-119.

79. Townes T.M., Lingrel J.B., Chen H.Y. et al. (1986) Erythroidspecific expression of human p-globin genes in transgenic mice. EMBO. J. V.4 P. 1715-1723.

80. Tranel P.J., Froehlich J., Goyal A., Keegstra K. ( 1995 ) A component of the chloroplastic protein import apparatus in targeted to the enter envelope membrane via a novel pathway. EMBO J. V.14 P.2436-2446.

81. Wallich R., Brenner C., Brand Y., Roux M., Reister M., Meuer S. (1998) Gene structere, promoter characterization, and basis for alternative mRNA splicing of the human CD58 gene. J. Immunology V.160 P.2862-2871.

82. Wang R., Zhang P., Gong Z., Hew C.L. (1995) Expression on the antifreeze protein gene in transgenic goldfish (Carassius auratus) and its implication in cold adaptation. Mol.Mar.Biol.Biotechnol. V.4 P.20-26.

83. Williams T., Tjian R. (1991) Analysis of the DNA-binding and activation properties of the human transcription factor AP-2. Genes Dev. V.5 P.670.

84. Yoon S.J., Liu Z., Kapuscinski A.R., Hallerman E.M., Faras A.J., Gross M., Schneider J.F., Guise K.S. (1990) Transfer of the gene for neomycin resistance into goldfish. Aquaculture. V.85 P.21-23.

85. Yoshisaki G., Oshiro T., Takashima F. (1989) Prevention of hardening of chorion and dechorionation for microinjection into fish eggs. Nippon Suisan Gakkaishi V.55 P.369.

86. Yurochko A.D., Kowalik T.F., Huong S., Huang E. (1995) Human cytomegalovirus upregulats NF-kB activity by transactivating the NF-kB p105/p50 and p65 promoters. J.Virol. V.69 P.5391-5400.

87. Zhang P., Hayat M., Chen T.T., Powers D A. (1990) Gene transfer expression and inheritance of pRSV-rainbow trout-GH cDNA in the common carp. Molec.Reorod.Dev. V.25 P.3-13.

88. Zhao J.-Q., Hoare S., McFarlane R., Muir S., Parkinson K., Black D., Keith N. (1998) Cloning and characterization of human and mouse telomerase RNA gene promoter sequences. Oncogene. V.16 P. 1345-1350.