Vasa es unaproteína de unión de ARN con una helicasa de ARN dependiente de ATP que es miembro de la familia de proteínas DEAD box. El gen vasa es esencial para el desarrollode las células germinales y se identificó por primera vez en Drosophila melanogaster , [1] pero desde entonces se ha encontrado que se conserva en una variedad de vertebrados e invertebrados, incluidos los humanos. [2] [3] La proteína Vasa se encuentra principalmente en las células germinales de embriones y adultos, [2] donde participa en la determinación y función de las células germinales, así como en las células madre multipotentes, donde se desconoce su función exacta. [3]
Gene
El gen Vasa es un miembro de la familia DEAD box de helicasas de ARN en Drosophila melanogaster. [1] Su ortólogo humano, Ddx4, se encuentra en el cromosoma humano 5q. Es sinténico para el cromosoma 13 del ratón, donde se encuentra el gen vasa del ratón. [2] El gen se conserva en muchas especies de invertebrados y vertebrados como C. elegans , Xenopus , pez cebra , gusanos planos , equinérgicos , moluscos , nematodos , ratones y ratas como una parte importante del mantenimiento y función de la línea germinal. [2] [3]
Todas las especies de vertebrados y Drosophila tienen solo un ortólogo vasa . Sin embargo, C. elegans tiene cuatro genes Vasa, de los cuales solo uno (GLH-1) es esencial. [4] [5]
Todos los genes de caja DEAD, incluido Vasa, tienen 9 motivos de secuencia conservados. [6] La familia de genes Vasa evolucionó a partir de un evento de duplicación seguido de la adquisición de ciertos dominios. [7] Al principio de la evolución de los animales multicelulares, se produjo la duplicación del gen DEAD-box relacionado con PL10. [8] Esto resultó en animales que tenían genes Vasa y PL10, pero las plantas y los hongos solo tenían genes PL10 y no Vasa. [7] Después del evento de duplicación, la región N-terminal adquirió dominios de nudillos de Zn que ahora se conservan en los invertebrados. Tanto los vertebrados como los insectos han perdido los dominios de los nudillos de Zn. El número de estos dominios varía entre las diferentes especies de genes Vasa. Una propiedad importante de los nudillos de Zn, que pueden clasificarse como dedos de zinc clásicos , [9] es que son capaces de unirse a ADN o ARN monocatenario o bicatenario. [10] La presencia de nudillos de Zn en invertebrados y su ausencia en vertebrados puede ser un indicio de diferencias en los sitios de unión al objetivo. Su presencia puede ser importante para funciones fuera del desarrollo de la línea germinal. Una excepción a esta teoría es la presencia de nudillos de Zn en los cuatro genes Vasa de C. elegans, que están restringidos a funciones en la línea germinal. [11]
Proteína
El producto proteico en humanos tiene 724 aminoácidos, una masa molecular de 79 kDa y 8 dominios conservados en todas las proteínas DEAD-box que están involucradas en la actividad de la ARN helicasa. El dominio V contiene el motivo MUERTO. [12] Al igual que con otras proteínas relacionadas con Vasa, el Vasa humano tiene un extremo N rico en glicina y repeticiones de motivos RGG que funcionan en la unión del ARN. [13]
Vasa está regulado a nivel de transcripción y proteína. Los embriones en desarrollo y los adultos regulan la expresión de Vasa en ubicaciones específicas de células y tejidos. En Drosophila, la transcripción cigótica de Vasa ocurre en las células polares y permanece específica de la línea germinal durante toda la vida del organismo. [14]
El promotor Vasa se regula mediante metilación. En las células en las que Vasa se transcribe con éxito, el promotor está hipometilado y en todas las demás células está metilado. [14] Cuando Vasa está hipermetilado en los testículos, pueden ocurrir defectos de espermatogénesis. [15]
Vasa postranscripcionalmente tiene varias formas de empalme en diferentes animales. [16] [17] En P. hawaiensis , la transcripción de Vasa se distribuye uniformemente en el embrión y se localiza según la estabilización de la 3'UTR ( región no traducida a las células de la línea germinal. [18] La traducción puede inhibirse mediante la regulación cis elementos en las UTR 5 'y 3' de la transcripción. Pueden inhibir la traducción formando estructuras secundarias de ARN o uniendo factores de acción trans. La localización de la expresión de Vasa se dirige reprimiendo estas vías inhibidoras de la traducción. [19]
Después de la traducción, en Drosophila , la proteína Vasa se localiza en el plasma polar durante el desarrollo embrionario. Muchas otras proteínas de Drosophila también están localizadas en los polos. Por ejemplo, se encontró que la proteína de Oskar se localiza en el plasma polar y puede estar involucrada en el anclaje de Vasa a los gránulos polares en el polo posterior del ovocito. [20] Otra enzima, las facetas grasas, puede estabilizar aún más a Vasa en el plasma polar. [21] Otra modificación postraduccional incluye la fosforilación del ortólogo Vasa en C. elegans , [22] y la metilación de arginina en una región conservada de ratones, genes Xenopus y Drosophila Vasa. [23]
Función
Una de las principales funciones de la proteína Vasa es la determinación y función de las células germinales. [2] Utiliza actividad catalítica de ARN helicasa dependiente de ATP para regular la traducción de múltiples ARNm. [24] Vasa desenrolla el ARN dúplex uniendo y doblando tramos cortos del dúplex de una manera no procesiva. [25] [26] El dominio conservado puede actuar como acompañantes al desenrollar las estructuras secundarias de ARN y replegarse correctamente. [27] corte y empalme de pre-ARNm, biogénesis de ribosomas, exportación nuclear, regulación y degradación de la traducción. [6]
Se encontró que Vasa se unía al ARN de una manera específica de secuencia. En los embriones de Drosophila, Vasa se une al motivo rico en uracilo del mei-P26 UTR. Una mutación en Vasa redujo la interacción entre Mei-P26 y el factor de iniciación elF58, lo que a su vez redujo significativamente la traducción del gen. [28]
Evidencia reciente en invertebrados ha encontrado que Vasa tiene un papel en las células madre multipotentes, pero se desconoce la función exacta. [3]
Mutaciones
Drosophila
Una mutación nula causa esterilidad femenina debido a defectos graves en la ovogénesis [29], pero los machos son fértiles.
Las mutaciones homocigotas para la pérdida parcial de la función permiten la fertilización de los óvulos, pero los embriones carecen de células germinales. [8]
Mus musculus
Las mutaciones en el homólogo de Vasa, Mvh , provocan defectos en la espermatogénesis, pero las hembras son fértiles. La esterilidad masculina puede deberse a deficiencias en la proliferación y diferenciación de células germinales (el homólogo de ratón de Droso). La fertilidad femenina puede deberse a la redundancia funcional de otros miembros de la familia DEAD-box. La mutación nula todavía permite que se formen células germinales primordiales, pero tienen defectos graves. [30]
Homo sapiens
Aunque no se han realizado estudios sobre las mutaciones de Vasa en humanos, es probable que cause esterilidad. [2]
Estos fenotipos específicos de sexo en ratones y mutantes de Drosophila sugieren que Vasa regula de manera diferente o tiene diferentes funciones diana en los dos tipos de línea germinal. [3]
Distribución subcelular y tisular
La expresión de vasa está restringida a células específicas de tejido. Hasta hace poco se pensaba que la proteína Vasa solo se puede encontrar en gametos y es indetectable en células somáticas. [2] Dentro de las células germinales, Vasa se expresa en el citoplasma. Durante la embriogénesis, Vasa se expresa en células germinales primordiales migratorias (PGC) en la cresta gonadal tanto en machos como en hembras. Esta especificidad permite que Vasa se utilice como un marcador altamente específico para las células germinales. [2] En un paciente con síndrome de células de Sertoli , no se detectó señal de Vasa en la biopsia testicular. [2] Sin embargo, estudios recientes muestran que Vasa también funciona en otras células. [3]
Un estudio sobre Macrostomum lignano encontró expresión de Vasa en células madre de neoblastos multipotentes además de en células germinales. [16] Sin embargo, la eliminación de RNAi reveló que Vasa no es esencial en este organismo o que otros genes similares a Vasa lo hacen funcionalmente redundante. Se encontraron resultados similares en estudios de la ascidia colonial Botryllus primigenus , [31] ostras , [32] teleósteos , [33] rana con garras , [34] la avispa parásita, [35] y el crustáceo Parhyale hawaiensis . [18]
Se ha observado expresión de vasa en células epiteliales de cáncer de ovario. Se descubrió que disuadía el punto de control G2 inducido por daños en el ADN al regular negativamente la expresión de otro gen. [36] Vasa también está presente en células madre embrionarias de pollo donde induce la expresión de genes de la línea germinal. Esta función aún respalda el papel más importante de Vasa en el desarrollo de la línea germinal. [37] En los cnidarios , Vasa tiene un papel en las células nerviosas y glándulas. [38] Otros ejemplos incluyen Vasa en un grupo de células madre multipotentes de yemas y estolones de Polyascus polygenea , [39] Vasa en células auxiliares de ovarios de ostras, [40] Vasa en linajes no germinales en el caracol Ilyanassa , [41] Vasa en la zona de crecimiento posterior mesodérmico del progenitor del anélido poliqueto Platynereis dumerilii , [17] y Vasa presente en segmentos no genéticos durante el desarrollo de oligoquetos . [42] Pero no hay informes de vasa expresados fuera de las células de la línea germinal en vertebrados o insectos . [3]
Expresión
En Drosophila , la expresión de vasa se observa en las células germinales, específicamente en las células madre de la línea germinal (GSC) de los ovarios femeninos y en las primeras etapas de la espermatogénesis en los testículos masculinos.
Tinción
Debido a la localización de los conductos vasculares , la tinción inmunohistoquímica se puede realizar con anticuerpos vasa . Por ejemplo, la tinción de anticuerpos vasa es específica para las células madre de la línea germinal en el germario de D. melanogaster .
Esta proteína se localiza en el citoplasma de las células germinales fetales y en el citoplasma de los ovocitos en desarrollo en los mamíferos.
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