RU
Address
220006, Minsk, Leningradskaya Str. 6, office 2
Tel.: +375 17 363-88-92
E-mail: medjournal@bsmu.by

Белки, содержащие Tudor-домен: биологические функции и роль в развитии заболеваний человека

В. П. Сокольник Республиканский научно-практический центр «Мать и дитя»
2016 №4 | Лекции
Аннотация
Список литературы
Скачать полнотекстовую статью
Первоначально Tudor-домен был открыт у дрозофилы как фактор, регулирующий эмбриональное развитие и фертильность. Позже белки, содержащие этот домен (TDRD), обнаружены у многих организмов, включая человека. Установлено, что TDRD-белки вовлечены во многие процессы, регулирующие метаболизм РНК. Они взаимодействуют с U-мя РНП (малые ядерные рибонуклеопротеины) и функционируют в сборке сплайсосом. Многие из белков, содержащих Tudor-домен, вовлечены в РНК-интерференцию и регулируют генную экспрессию на транскрипционном и посттранскрипционном уровнях. Недавние исследования показали, что большое количество TDRD функционируют в гонадах, где они регулируют гаметогенез и обеспечивают геномную стабильность. TDRD охарактеризованы также как белки, взаимодействующие с некоторыми факторами транскрипции и регулирующие модификацию хроматина. Обычно TDRD реализуют свои функции посредством присоединения к белкам, диметилированным по аргинину или лизину, и служат фактором доставки других белков в различные надмолекулярные комплексы, способствуя сборке и стабильности последних. TDRD могут также содержать дополнительные каталитические или функциональные домены и сами функционировать как белки-эффекторы. В данном обзоре мы приводим данные о биологической роли различных TDRD и их вовлечении в генез заболеваний человека.
Ключевые слова:
TDRD, РНК-метаболизм, хроматин, piРНК
Tudor domain containing proteins: biological functions and involvment in human diseases

Tudor domain was first identified in the Drosophila as maternal factor that regulates embryonic development and fertility. Later Tudor domain containing proteins (TDRD) have been identified from essentially all eukaryotes, including human. Tudor domain proteins have been found to be involved in many processes that regulate the metabolism of RNA molecules. TDRD interact with U snRNP (small nuclear ribonucleoproteins) and function in spliceosome assembly and pre-mRNA splicing. Moreover, many Tudor domain proteins are involved in RNA interference and related pathways, in which small RNAs regulate gene expression, both post-transcriptionally and transcriptionally. TDRD regulate also chromatin activation or silencing and were characterized as transcription coactivators. Usually, Tudor domain proteins function as molecular adaptors, binding methylated arginine or lysine residues on their substrates to promote physical interactions and the assembly of macromolecular complexes. Many TDRD contain additional catalytic or functional domains and may function as effectors. In the present review, we will focus on the biological roles of different TDRD and their involvement in human diseases.

Keywords
TDRD, RNA metabolism, chromatin, piRNA
  • 1. Boswell, R. E. and Mahowald A. P. Tudor, a gene required for assembly of the germ plasm in Drosophila melanogaster // Cell. - 1985. - Vol. 43. - P. 97-104.
  • 2. Lasko, P. Tudor domain // Curr. Biol. - 2010. - Vol. 20, № 16. - P. 666-667.
  • 3. Pek, J. W., Anand A., Kai T. Tudor domain proteins in development // Development. - 2012. - Vol. 139, № 13. - P. 2255-2266.
  • 4. Shmakova, А., Batie M., Druker J., Rocha S. Chromatin and oxygen sensing in the context of JmjC histone demethylases // Biochem. J. - 2014. - Vol. 462. - P. 385-395.
  • 5. Lefebvre, S., Burglen L., Reboullet S. et al. Identification and characterization of a spinal muscular atrophy-determining gene // Cell. - 1995. - Vol. 80, № 1. - P. 155-165.
  • 6. Gubitz, A. K., Feng W., Dreyfuss G. The SMN complex // Exp. Cell Res. - 2004. - Vol. 296. - P. 51-56.
  • 7. Young, P. J., Le T. T., Dunckley M. et al. Nuclear Gems and Cajal (Coiled) bodies in fetal tissues: nucleolar distribution of the spinal muscular atrophy protein, SMN // Exp. Cell Res. - 2001. - Vol. 256. - P. 252-261.
  • 8. Charroux, B., Pellizzoni L., Perkinson R. A. et al. Gemin 4: A novel component of the SMN complex that is found in both gems and nucleoli // J. Cell. Biol. - 2000. - Vol. 148, № 6. -P. 1177-1186.
  • 9. Renvoise, B., Khoobarry K., Gendron M. C. et al. Distinct domains of the spinal muscular atrophy protein SMN are required for targeting to Cajal bodies in mammalian cells // J. Cell Sci. - 2006. - Vol. 119. - P. 680-692.
  • 10. Wang, J., Dreyfuss G. Characterization of functional domains of the SMN protein in vivo // J. Biol. Chem. - 2001. - Vol. 276, № 30. - P. 45387-45393.
  • 11. Fischer, U., Liu Q., Dreyfuss G. The SMN-SIP1 complex has an essential role in spliceosomal snRNP biogenesis // Cell. 1997. - Vol. 90, № 6. - P. 1023-1029.
  • 12. Liu, Q., Fischer U., Wang F., Dreyfuss G. The spinal muscular atrophy disease gene product, SMN, and its associated protein SIP1 are in complex with spliceosomal snRNP proteins // Cell. - 1997. - Vol. 90. - P. 1013-1021.
  • 13. Buhler, D., Raker V., Luhrmann R., Fischer U. Essential role for the tudor domain of SMN in spliceosomal U snRNP assembly: implications for spinal muscular atrophy // Hum. Mol. Genet. - 1999. - Vol. 8. - P. 2351-2357.
  • 14. Callebaut, I., Mornon J. P. The human EBNA2 coactivator p 100: multidomain organization and relationship to the staphylococcal nuclease fold and to the tudor protein involved in Drosophila melanogaster development // Biochem J. - 1997. - Vol. 321. - P. 125-132.
  • 15. Li, C. L., Yang W. Z„ Chen Y. P., Yuan H. S. Structural and functional insights into human Tudor-SN, a key component linking RNA interference and editing // Nucleic Acids Research. - 2008. - Vol. 36, № 11. - P. 3579-3589.
  • 16. Ku, H. Y., Gangaraju V. K„ Qi H„ Liu N„ Lin H. Tudor-SN interacts with Piwi antagonistically in regulating spermatogenesis but synergistically in silencing transposons in Drosophila // PLOS Genetics. 2016. D0l:10.1371/journal.pgen.1005813.
  • 17. Blanco, M. A., Aleckovic M., Hua Y. et al. Identification of staphylococcal nuclease domain-containing 1 (SND1) as a metadherin-interacting protein with metastasis-promoting functions // J. Biol. Chem. - 2011. - Vol. 286, № 22. - P. 19982-19992.
  • 18. Cppellari, M., Bielli P., Paronetto M. P. et al. The transcriptional co-activator SND1 is a novel regulator of alternative splicing in prostate cancer cells// Oncogene. - 2014. - Vol.33, № 29. - P. 3794-3802 (PubMed Abstract).
  • 19. Райцина, С. С. Сперматогенез и структурные основы его регуляции. - М.: Наука. 1985. - С. 3-206.
  • 20. Pat/7, V. S., Anand A., Chakrabarti A., Kai Т. The Tudor domain protein Tapas, a homolog of the vertebrate Tdrd7, functions in the piRNA pathway to regulate retrotransposons in germline of Drosophila melanogaster // BMC Biology. - 2014. - Vol. 12, № 61. - P. 1-15.
  • 21. Vasileva, A., Tiedau D., Firooznia A. et al. Tudor domain protein Tdrd6 is required for spermiogenesis, chromatoid body architecture and regulation of miRNA expression // Curr. Biol. - 2009. - Vol. 19, № 8. - P. 630-639.
  • 22. Pandey, R. R., Tokuzawa Y., Yang Z. et al. Tudor domain containing 12 (TDRD12) is essential for secondary PIWI interacting RNA biogenesis in mice // PNAS. - 2013. - Vol. 110, № 41. - P. 16492-16497.
  • 23. Ku, H. Y., Lin H. PIWI proteins and their interactors in piRNA biogenesis, germline development and gene expression // Nat. Sci. Rev. - 2014. - Vol. 1. - P. 205-218.
  • 24. Chuma, S., Hosokawa M., Kitamura K. et al. Tdrdl/Mtr-1, a Tudor-related gene, is essential for male germ-cell differentiation and nuage/germinal granule formation in mice // PNAS. -2006. - Vol. 103, № 43. - P. 15894-15899.
  • 25. Zhu, X. В., Lu J. Q„ Zhi E.L. et al. Association of a TDRD1 variant with spermatogenicfailure susceptibility in the Han Chinese // J. Assist. Reprod. Genet. 2016. (PubMed Abstract)
  • 26. Kacprzyk, L. A., Laible M„ Andrasiuk T. et al. ERG nduces epigenetic activation of Tudor domain-containing protein 1 (TDRD1) in ERG rearrangement-positive prostate cancer // PLOS ONE. - 2013. - Vol. 8, № 3. - P. e59976.
  • 27. Lachke, S. A., Alkuraya F. S„ Kneeland S. C. et al. Mutations in the RNA granule component TDRD7 cause cataract and glaucoma //Science. - 2011. - Vol. 331. - P. 1571-1576.
  • 28. Yoon, H„ Kim H. J., Park Y. N. et al. Tudor domain containing protein 4 as a potential cancer/testis antigen in liver cancer // Tohoku J. Exp. Med. - 2011. - Vol. 224, № 1. - P. 41-46. (PubMed Abstract).
  • 29. Hubers, L., Valderrama-Carvajal H., LaframboiseJ.etal. HuD interacts with survival motor neuron protein and can rescue spinal muscular atrophy-like neuronal defects // Hum. Mol. Genet. - 2011. - Vol. 20, № 3. - P. 553-579.
  • 30. Yang, Y.,McBrideK.M., HensleyS.etal.Arginine methylation facilitates the recruitment of T0P3B to chromatin to prevent R-loop accumulation // Mol. Cell. - 2014. - Vol. 53, № 3. - P. 484-497.
  • 31. Mac Kenzie, A. E., Gendron N. H. Tudor reign // Nat. Struct. Biol. - 2001. - Vol. 8, № 1. - P. 13-15.
  • 32. Selenko, P., Sprangers R„ Stier G. et al. SMN tudor domain structure and its interaction with the Sm proteins // Nat. Struct. Biol. - 2001. - Vol. 8, № 1. - P. 27-31.
  • 33. Pellizzoni, L., Charroux В., Rappsilber J. et al. Afunctional interaction between the survival motor neuron complex and RNA polymerase II //J. Cell. Biol. - 2001. - Vol. 152, № 1. - P. 75-85.
  • 34. Zhao, D. Y.,Gish G„ Braunschweig U. et al. SMN and symmetric arginine dimethylation of RNA polymerase II C-terminal domain control termination // Nature. - 2016. - Vol. 529, № 7584. - P. 4 8 - 5 3 (PubMed Abstract).
  • 35. Bachand, F., Boisvert F. M., Cote J. et al. The product of the survival motor neuron (SMN) gene is a human telomerase-associated protein // Mol. Biol. Cell. - 2002. - Vol. 13. -P. 3192-3202.
  • 36. Gong, W., Wang J., PerrettS., FengY. Retinoblastomabinding protein 1 has an interdigitated double Tudor domain with DNA binding activity // J. Biol Chem. - 2014. - Vol. 289, № 8. - P. 4882-4895.