Noyob Rs35667974 IFIH1 gen polimorfizmining otoimmun kasalliklar bilan assotsiatsiyasi RNK epigenetikasi hodisasimi?

vizualizatsiya - AA, AP va EEE, nazorat - EEE va moliyalashtirish - EEE. Barcha mualliflar qo'lyozmaning nashr etilgan versiyasini o'qib chiqdilar va rozi bo'ldilar. Abstrakt

Helikaz C domenini o'z ichiga olgan protein 1 (IFIH1) geni bilan induktsiya qilingan interferon sitoplazmatik RNK helikazini, aks holda melanoma differentsiatsiyasi bilan bog'liq 5 (MDA5) deb nomlanadi, bu RIG{6}}kabi RNK helikazasi bo'lib, virusli RNKni taniydi va tug'ma organizmda ishtirok etadi. virusli RNKni tanib olish orqali immunitet. Ikki zanjirli (ds) RNK bilan bog'langandan so'ng, MDA5 dsRNK uzunligi bo'ylab filamentli birikma hosil qiladi va dsRNK uzunligi va metilatsiyasiga qarab o'zini, o'zini o'zi bo'lmaganlarni farqlash uchun molekulyar imzolardan foydalanadi. Uning rs35667974 noto'g'ri varianti 1-toifa diabet, psoriaz va psoriatik artritdan himoya qiladi, ammo ankilozan spondilit, Kron kasalligi va yarali kolit xavfi ortishi bilan bog'liq. Ushbu variantning murakkab rolini tushunish uchun biz molekulyar dinamika simulyatsiyalaridan foydalangan holda dsRNK bilan kompleksda MDA5 ning tarkibiy tahlilini o'tkazdik.

Bizning ma'lumotlarimiz shuni ko'rsatadiki, rs35667974 variantining Ile923Val mutatsiyasi mahalliy dsRNK bilan bog'lanishga sezilarli ta'sir qilmasa ham, u 2'-O uridin metilatsiyasi mavjudligida beqarorlashtiruvchi ta'sir ko'rsatadi. Shunday qilib, dsRNKda 2'-O-metilatsiyaning mavjudligi umumiy MDA katalitik faolligini tanlab kamayishiga olib keladigan sezgir imzoni keltirib chiqaradi. Ushbu tadqiqot modifikatsiyalangan MDA5 fenotipining katalitik faolligini selektiv ravishda pasayishiga olib kelishi va natijada sitokin va kimyokin signalizatsiyasi va otoimmunitetga qarshi selektiv himoyaga salbiy munosabatning pasayishiga olib keladigan IFIH1 otoimmün lokusuning umumiy rs35667974 variantining rolini baholashni aks ettiradi. .

Helikaz C domeni muhim ferment oqsili bo'lib, DNKning qo'sh spiral tuzilishini yechishga qodir. U DNKga hujayra replikatsiyasi, ta'mirlanishi va transkripsiyasi jarayonida to'g'ri replikatsiya, tahrir va yetkazib berishni yakunlashda yordam berishi mumkin va hujayralarning normal faoliyatining kalitlaridan biridir. Shu bilan birga, immunitet inson tanasida juda muhim himoya mexanizmi bo'lib, bizni bakteriyalar va viruslar kabi patogenlardan samarali himoya qila oladi.

Tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, helikaz C domeni immunitetda muhim rol o'ynaydi. Avvalo, helikaz C domeni hujayra DNKsining normal replikatsiyasi, ta'mirlanishi va transkripsiyasiga yordam berish orqali genlarning barqarorligi va kodlash samaradorligini ta'minlaydi va shu bilan inson tanasining immunitetini yaxshilaydi. Ikkinchidan, helikaz C domeni hujayralar tomonidan oqsil heterojenligi molekulalarini tanib olishga yordam beradi va immunitet tizimining signal uzatilishini tartibga soladi va shu bilan tananing mudofaa funktsiyasini qo'llab-quvvatlaydi. Yuqoridagi ikkala usul ham immunitetni saqlash va mustahkamlashda ijobiy rol o'ynadi.

Bundan tashqari, helikaz C domeni va immunitet o'rtasidagi munosabatlarni chuqur o'rganish saraton va immunitet bilan bog'liq kasalliklarni davolash uchun yangi dori-darmonlarni kashf qilishimiz uchun muhim ilhom beradi. Helikaz C domeniga qaratilgan dori-darmonlarni ishlab chiqish va gen terapiyasi tananing saraton va boshqa immunitet bilan bog'liq kasalliklarga chidamliligini oshirishi va bemorlarga tegishli kasalliklarni davolash va tiklash bilan yaxshiroq kurashishga yordam beradi.

Xulosa qilib aytadigan bo'lsak, helikaz C domeni va immunitet o'rtasidagi bog'liqlik juda yaqin va u gen barqarorligini ta'minlash, hujayra immunitetini oshirish va tana himoyasini qo'llab-quvvatlashda muhim rol o'ynaydi. Tegishli tadqiqot va davolash usullari orqali biz inson immunitetini yaxshiroq ushlab turishimiz va kuchaytirishimiz va biz uchun sog'lom va yaxshi hayot yaratishimiz mumkin degan umiddamiz. Shu nuqtai nazardan, shaxsiy immunitetni kuchaytirishimiz kerak. Cistanche immunitetni yaxshilashga sezilarli ta'sir ko'rsatadi, chunki go'sht pastasi vitamin C, vitamin C, karotenoidlar va boshqalar kabi turli xil antioksidant moddalarga boy. Ushbu ingredientlar erkin radikallarni tozalashi va oksidlovchi stressni kamaytirishi mumkin. Immunitet tizimining qarshiligini rag'batlantirish va yaxshilash.

Cistanche tubulosa afzalliklarini bosing

Kalit so'zlar

Yagona nukleotidli polimorfizm (SNP) · Molekulyar model · 1-helikaza C domeni (IFIH1) bilan induktsiyalangan interferon · Melanoma differentsiatsiyasi bilan bog'liq 5 (MDA5) · RNK metilatsiyasi.

Kirish

Aholining taxminan 5 foiziga ta'sir qiladigan otoimmün kasalliklar bilan bog'liq genlar va mexanizmlar hali ham tushunarsiz bo'lib qolmoqda, biroq to'plangan ma'lumotlar turli xil otoimmün kasalliklar umumiy genetik fonga ega bo'lishi mumkinligini aniq ko'rsatmoqda, bu esa turli xil otoimmün kasalliklar tomonidan taqsimlanadigan variantlar mavjudligini ko'rsatmoqda. (Jhernakova va boshq. 2009). Ushbu genetik ma'lumotni kasalliklarga olib keladigan biologik ahamiyatga ega mexanizmlarga aylantirishga urinish sababchi genlarni aniqlashni nazarda tutadi. Kasallikni keltirib chiqaruvchi variantlarni aniqlash kasalliklarni bashorat qilish, oldini olish va aralashuvning samarali usullarini yaratishga urinishda qiyin, ammo zaruriy vazifadir (Biros va boshq. 2005).

Har xil turdagi RNK molekulalari bir nechta biologik jarayonlarni tartibga solishda ishtirok etadi, jumladan, xabarchi RNK (mRNK), transfer RNK (tRNK), ribosoma RNK (rRNK), mikroRNK (miRNK) va uzoq kodlanmagan RNK (lncRNA). RNK molekulalari ko'p (150 dan ortiq) kimyoviy modifikatsiyalarni o'z ichiga oladi (Machnicka va boshq. 2013; Boccaletto va boshq. 2018). Ushbu modifikatsiyalar struktura, barqarorlik va o'zaro ta'sirlar kabi RNK metabolizmining barcha bosqichlari bilan funktsional ravishda bog'langan va viruslarning replikatsiyasi va virusga qarshi immunitet reaktsiyalarini modulyatsiya qilish kabi bir qancha biologik jarayonlarda muhim rol o'ynaydi (Machnicka va boshq. 2013). Ularning orasida riboza metilatsiyasi RNKda topilgan eng keng tarqalgan modifikatsiyalardan biridir. 2′-O -metiluridin arxeya, bakteriya va eukaryotaning rRNK, snRNK, snoRNK va tRNKlarida uchraydi (Aučynaitė va boshq. 2018). Riboza-2'-Ometilatsiya nukleotidlarning hidrofobikligini oshiradi va ularni nukleazalar ta'siridan himoya qiladi (Yildirim va boshq. 2014).
To'plangan dalillar shuni ko'rsatadiki, virusli RNKning 2'-O-metilatsiyasi (2'OMe-RNK) xost hujayralarida hujayrali tug'ma immunitet reaktsiyalaridan qochishda muhim rol o'ynaydi (Dimitrova va boshq. 2019). Züst va uning hamkasblari 2'OMe virusli RNK interferon (IFN) vositachiligidagi antiviral javobdan qochishga yordam berishini va shu bilan virusning replikatsiyasini rag'batlantirishini ko'rsatdi (Züst va boshq. 2011). Shuningdek, Vitali va Skadden IU-dsDNK MDA5 IFN rag'batlantiruvchi yo'lini bostirishini taklif qilishdi (Vitali va Scadden 2010).

Helikaz C domeni 1 (IFIH1) geni bilan qo'zg'atilgan interferon MDA5 (Melanoma differentsiatsiyasi bilan bog'liq protein 5) deb ham ataladigan sitoplazmik RNK helikazini kodlaydi va u tug'ma immunitetda antiviral funktsiyani bajaradigan RIG-I-ga o'xshash retseptor (RLR) hisoblanadi. virusli RNKlarni aniqlash orqali. MDA5 0.5-1 kb RNK dupleks ildiz strukturasini taniydi, bu odatda pikornaviral replikatsiya paytida hosil bo'ladi va virusli infektsiyaga qarshi immun javob vositachilik qiladi (Nejentsev va boshq. 2009; Crow 2011). MDA5, pikornaviruslarning replikatsiyasi paytida hosil bo'lgan uzun virusli ikki zanjirli RNK (dsRNK) aniqlanganda, I turdagi interferon signalizatsiya yo'lini faollashtiradi. Tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, MDA5 dsRNK uzunligi bo'ylab filament hosil qiladi va dsRNK uzunligi asosida o'zini va o'zini o'zi bo'lmagan o'rtasida farqlash uchun ATPga bog'liq filament dinamikasidan foydalanadi (Toro va boshq. 2015). MDA5 sitokinlar va kimyokinlarning mahalliy ishlab chiqarilishi orqali hujayralar va tug'ma/adaptiv immun tizimi o'rtasidagi o'zaro aloqani modulyatsiya qilishda ishtirok etishi ko'rsatilgan.

MDA5 ifodasi va/yoki faolligidagi o'zgarishlar virus replikatsiyasining qo'shimcha mahsuloti bo'lgan dsRNKga hujayra javoblarini keltirib chiqarishi mumkin (Colli va boshq. 2010). Bundan tashqari, yong'in hosil bo'lishi bilan bog'liq qoldiqlarning mutatsiyasi, signalni o'rtacha darajada kuchaytiradigan bir juft mutatsiyadan tashqari, filament shakllanishi va MDA{5}}bog'liq signalizatsiyaning yo'qolishiga olib kelishi ko'rsatilgan. Bu natijalar shuni ko'rsatadiki, ATP-mustaqil mexanizmlar, ya'ni RNKning qattiqroq bog'lanishi va/yoki barqaror oqsil-oqsil o'zaro ta'siri, MDA5 filament shakllanishining in vitro kuzatilgan barqarorligi va hujayralardagi yuqori signal faolligi uchun javobgardir (Sohn va Xur 2016).

Smit va boshqalar. (2006) va Nejentsev va boshqalar. (2009) 1-toifa diabetdan (T1D) himoya qiluvchi IFIH1 genining noyob allelini tasvirlab berdi. Bu rs35667974 IFIH1 yagona nukleotidli polimorfizmi (SNP), bunda №923-pozitsiyada saqlanib qolgan izolösin (kodon [ATT]) valinga (kodon [GTT]) o'zgaradi, kamdan-kam uchraydigan variant, chunki kichik allel chastotasi (MAF) C {{ 9}}.010031 (264690 jami namunada 2655 kishi) TOPMED (Taliun va boshq. 2021) va C = 0.016267 (jami 205514 namunada 3343 kishi) ALFA (Phan et al.) asosida boshq. 2020; Sherry va boshq. 2001). 1-jadvalda ALFA loyihasi ma'lumotlari (Phan va boshq. 2020; Sherry va boshq. 2001) asosida turli kontinental mintaqalarda polimorfizm chastotasining inson biogeografiyasi keltirilgan. Keyingi tadqiqotlar bu noyob allelning T1D, psoriaz (PS) (Li va boshq. 2010) va psoriatik artrit (PsA) (Budu-Aggrey va boshq. 2017) ga bir xil ta'sir ko'rsatishini tasdiqladi. Aksincha, bu SNP ankilozan spondilit (AS) (Ellinghaus va boshq. 2016), Crohn kasalligi (CD) (Ellinghaus va boshq. 2016; Budu-Aggrey va boshq. 2017) rivojlanishining sezuvchanligi uchun xavf omili sifatida bog'langan. ) va yarali kolit (UC) (Ellinghaus va boshq. 2016; Budu-Aggrey va boshq. 2017).

Chistiakov va boshqalar. (2010) MDA5 ning E627X va I923V funktsiyasini yo'qotish mutatsiyalari 1-toifa diabet bilan og'rigan bemorlarning periferik qon mononuklear hujayralarida past poli (I: C) induktsiyalangan interferon ishlab chiqarish bilan bog'liqligini ko'rsatdi va shuning uchun T1Dni himoya qiladi. Shuningdek, MDA5 molekulasida I923V aminokislota o'rnini bosish H927 qoldig'i yaqinida joylashgani, bu esa dsRNKning bog'lanishiga yordam beradi (Yoneyama va Fujita 2008). Biroq, MDA varianti I923V dsRNKni bog'lash uchun normal qobiliyatga ega, ammo katalitik faollik 2 baravar kamaygan (Shigemoto va boshq. 2009). Shuning uchun, bu polimorfizm ushbu sitoplazmatik RNKni sezuvchi helikazaning nukleotid kislotasi bilan bog'lanish xususiyatlariga katta ta'sir ko'rsatmaydi, lekin uning funktsiyasini hali noma'lum mexanizm bilan o'zgartiradi.

T1Dda IFHI1 polimorfizmi va enterovirus infektsiyasi bilan kasallanish darajasi va MDA5 I923V varianti va T1D bemorlarida enterovirus RNK chastotasi o'rtasidagi bog'liqlik aniqlandi (Looney va boshq. 2015). Bundan tashqari, MDA5- va MAVSknockout sichqonlari bo'yicha so'nggi tadqiqotlar ushbu oqsillarning Coxsackie B virusiga qarshi 1-toifa interferon javoblarini vositachilik qilishda muhim rolini ko'rsatdi (Vang va boshq. 2010). Mengovirusning etakchi oqsili IFN- ifodasini oldini olish uchun ushbu omilni faollashtirish uchun zarur bo'lgan IRF3 ning dimerizatsiyasini blokirovka qilish orqali ko'rsatilgan (Hato va boshq. 2007). Ushbu kuzatish shuni ko'rsatadiki, xostning antiviral javobida IFIH1 funktsiyasini buzadigan variantlar ijobiy tanlangan emas, balki salbiy tanlangan, chunki ular T1D dan himoya qiladi (Crow 2011).

Chow va boshqalar. (2018) RIG-I-ga o'xshash retseptorlarni keng tahlil qildilar, Brisse va Ly (2019) esa MDA5 va unga aloqador RIG-I ning evolyutsiyasi va spetsifikatsiyasini keng ko'lamda ko'rib chiqdilar. O'zgartirilgan qoldiqlarning RNK-bog'lash va ATP-bog'lash joylari yoki filament interfeysi ichida yoki yaqinida joylashganligi bizni kuzatilgan mutatsiyalar IFIH1 va dsRNK o'rtasidagi yoki IFIH1 o'rtasidagi ichki yaqinlikni oshirish orqali IFIH1 filamentining barqarorligini oshirishi mumkin degan farazga olib keldi. filamentdagi molekulalar yoki ATP gidrolizining samaradorligini pasaytirish va shunday qilib, filamentni qismlarga ajratish tezligi (Rays va boshq. 2014).

Ushbu ish IFIH1 gen oqsil mahsuloti MDA5da Ile923Val aminokislota almashtirishni kodlovchi inhibe qilingan funktsiya fenotipiga olib kelishi haqida xabar berilgan IFIH1 otoimmün lokusuning umumiy rs35667974 variantining potentsial rolini tizimli o'rganishdir. Ikkinchisi bir nechta kasalliklar orasida taqsimlangan biologik asosli sababchi nomzod gen bo'lib, autoimmunitetdan himoya qiluvchi sitokinlar va kimyokinlarning mahalliy ekspressiyasini nazorat qilishga ta'sir qiladi (Colli va boshq. 2010). Ushbu ish Ile923Val o'rnini bosish inson MDA5 ning katalitik faolligini kamaytiradigan noma'lum mexanizmni o'rganishga qaratilgan. Ushbu tadqiqotda biz yallig'lanish mexanizmini boshlashda MDA5 ning dsRNK bilan mahalliy va noyob variant Ile923Val o'rtasidagi o'zaro ta'siridagi farqlarni o'rganib chiqdik. Shunga ko'ra, biz urasil 2′-O metillangan yoki yo'q bo'lsa, Ile923 yoki Val923 ishtirokida suvli muhitda inson MDA5 / dsRNA kompleksining dinamik harakatini o'rganishni maqsad qildik. Noyob umumiy genetik sezuvchanlik yoki himoya lokuslarining ushbu tizimli tahlili otoimmün kasalliklarning patofiziologiyasi haqidagi tushunchamizni tushunishimiz mumkin va tadqiqot natijalari o'rganilayotgan kasalliklarni yaxshiroq boshqarishga ta'sir qilishi mumkin.

Materiallar va usullar

Ketma-ket qidirish, filogenetik daraxt qurilishi va musbat tanlanish tahlili

Homo sapiens oqsillari ketma-ketligi (ketma-ketlik identifikatori: NP_071451.2) UniProt ma'lumotlar bazasidan (The UniProt Consortium 2021) olindi. Turlar bo'yicha homologlarni topish uchun BLAST qidiruvlari Mega BLAST (Milliy biotexnologiya ma'lumotlari markazi, NCBI, Bethesda, MD, AQSh) bilan RefSeq va NR proteinlar ma'lumotlar bazasida (va PDB va UniProt) Blastp (oqsil-oqsil BLAST) yordamida amalga oshirildi. standart parametrlar (Altschul va boshq. 1997). Dastlab inson MDA5 oqsillarining 1000 homologlari tanlab olindi va boshqa turlardagi bu o'zgarishni aniqlash uchun insonning I923V almashuvi atrofidagi ketma-ketlikni o'z ichiga olgan C-terminal domeniga yo'naltirilgan turlar bo'ylab tanlov ishlatilgan. Clustal Omega, bir nechta ketma-ketlikni moslashtirish dasturi (Clustal-O) (Sievers va boshq. 2011) va T-Cofee bir nechta ketma-ketlikni moslashtirish serveri (Notredame va boshq. 2000; Di Tommaso va boshq. 2011) oqsil ketma-ketligini moslashtirish uchun ishlatilgan. va Unipro UGENE platformasi bioinformatika dasturi (Okonechnikov va boshq. 2012) bir nechta hizalanishlarni tanlab vizualizatsiya qilish uchun.

Evolyutsion tahlil tizimli ahamiyatga ega ekanligini ko'rsatadigan turlar bo'ylab katta darajada saqlanib qolgan oqsil ketma-ketligidagi pozitsiyalarni aniqlash uchun ishlatiladi (Andreou va boshq. 2018). Filogenetik daraxt Maksimal ehtimollik usuli (Nei va Kumar 2000) va Tamura-Nei modeli (Tamura va Nei 1993) yordamida 500 ta bootstrap replikatsiyasi (Felsenstein 1985) yordamida qurilgan. Evristik qidiruv uchun dastlabki daraxt(lar) Neighbor-Join va BioNJ algoritmlarini Tamura-Nei modeli yordamida hisoblangan juftlik masofalari matritsasiga qoʻllash va keyin log-ehtimollik qiymati yuqori boʻlgan topologiyani tanlash orqali avtomatik tarzda olingan. Filogenetik tahlil inson IFIH1 genining 52 ta homolog nukleotidlar ketma-ketligini (39 ta ortolog va 13 paralog) o'z ichiga oldi. Kodon pozitsiyalari 1-plyus 2-plyus 3-plyus Noncoding edi. Yakuniy ma'lumotlar to'plamida jami 3729 pozitsiya mavjud edi. Evolyutsion tahlillar MEGA11 dasturiy paketi yordamida o'tkazildi (Tamura va boshq. 2021).

IFIH1 geni moslashuvchan tarzda rivojlangan yoki yo'qligini aniqlash uchun biz PAML v4.9j dasturiy paketidagi kodl dasturidan foydalandik (Yang 2007). Nukleotidlar ketma-ketligi va mos keladigan oqsil ketma-ketligini moslashtirish fayli tegishli CODEML kirish nukleotidlarini moslashtirish fayllarini yaratish uchun PAL2NAL (Suyama va boshq. 2006) ga topshirildi. Ortolog MDA5 genlari uchun ijobiy tanlov tahlillari sayt va filial-sayt modellari yordamida amalga oshirildi (Yang va boshq. 2005; Yang va Bielawski 2000). Nosinonim/sinonim almashtirish tezligi nisbati (ō=dN/dS) aminokislotalar darajasida selektiv bosim o'lchovini ta'minlaydi. dN/dS (ō) qiymatining kattaligi tanlash turlarini ifodalaydi: ō<1 for negative selection, ω=1 for neutral selection, and ω>Ijobiy tanlov uchun 1 (Yang va boshq. 2005). CODEMLda sayt modellari (M0, M1, M2, M3, M7 va M8) va filial-sayt modellari (Clades A va C) ijobiy tanlov tahlilini o'tkazish uchun tanlangan (Bielawski va Yang 2004; Yang va Nielsen 2002). Sayt modellarida uch juft modelni (M0/M3, M2/M1 va M7/M8) solishtirish orqali ijobiy tanlovni sinash uchun ehtimollik nisbati testi (LRT) ishlatilgan. Tahlil to'liq uzunlikdagi ketma-ketlik uchun ham, C-Terminal domeni (CTD) ketma-ketligi uchun ham amalga oshirildi.

Strukturaviy tahlil va molekulyar dinamikani simulyatsiya qilish

ATP (PDB ID: 6GKM) (Yu va boshq. 2018) (Berman va boshq. 2000) (Berman va boshq. 2000) ishtirokidagi hMDA5-dsRNA filamentining krioelektron mikroskop (kriyo-EM) tuzilishi molekulyar dinamika uchun namunaviy tizim sifatida ishlatilgan ( MD) simulyatsiyalar. Barcha oqsil qoldiqlari hal qilindi (307-1020), 14 ta asosiy juft juft zanjirli RNK (dsRNK) va muvofiqlashtirilgan sink saqlanib qoldi, etishmayotgan qoldiqlar esa SWISS-MODEL serveri yordamida modellashtirildi (Waterhouse va boshq. 2018). Quvvat maydoni parametrlari va vodorod atomlari AMBER 18 ning XLEaP moduli yordamida qo'shilgan (Case va boshq. 2005). AMBER kuch maydonlari f14SB (Maier va boshq. 2015) va f99OL3 (Zgarbová va boshq. 2011) o'zgartirilgan nukleozidlar uchun modrna08 (Aduri va boshq. 2007) parametrlari bilan mos ravishda oqsil va RNK uchun ishlatilgan. I923V mutatsiyasi MDA5da I923 ning Cd metil guruhini qo'lda olib tashlash orqali kiritilgan, U12 ning o'zgartirilgan ribozasi modrna08 kutubxonasi qoldig'i MRU yordamida 2′-O da metillangan. Rux ioni 907, 910, 962 va 964 sistein qoldig'i bilan bog'langan bo'lib, tegishli kuch maydoni parametrlari yordamida tetraedral koordinatsiya sferasini (Zn-S bog'lanish uzunligi 2,35 Å, 50 kkal · mol–1 · Å2) saqlab qolgan. kuch konstantalari va S – Zn – S burchaklari 109,5 gradus 25 kkal · mol – 1 · rad–2).

Shunday qilib, biz MD simulyatsiyasi uchun 4 ta tizim tayyorladik: (i) mahalliy MDA5-dsRNK, (ii) MDA5(V923)-dsRNA, (iii) MDA5-dsRNA(2′OMe) va (iv) MDA5( V923) – dsRNK (2'OMe). Barcha tizimlar oldindan muvozanatlashtirilgan TIP3P suv molekulalarining kesilgan oktaedral erituvchi qutilarida kompleks atrofida minimal bufer 10 Å boʻlgan holda yechilgan, soʻngra tizimlarning zaryadini neytrallash uchun kerakli miqdordagi qarshi ionlar qoʻshilgan. MD simulyatsiyalari AMBER 18 da PMEMD (Salomon-Ferrer va boshq. 2{21}}13) modulining GPU tezlashtirilgan versiyasi va 2 fs vaqt qadami bilan amalga oshirildi. Harorat to'qnashuv chastotasi 1,0 ps-1 bo'lgan Langevin termostati yordamida tartibga solindi, bosim esa 1,0 ps bosim bo'shashish vaqti bilan Berendsen barostati yordamida tartibga solingan. SHAKE vodorod atomlari ishtirokidagi bog'lanishlarni 10-6 Å bardoshlik bilan cheklash uchun ishlatilgan, bog'lanmagan o'zaro ta'sirlar esa 10 Å to'g'ridan-to'g'ri bo'shliq chegarasi bilan hisoblangan.

Energiyani minimallashtirish dastlab 1{{20}},000 qadam uchun 100 kkal·mol–1·Å–2 kuch doimiysi boʻlgan joylashuv cheklovlari bilan amalga oshirildi. MDA5-dsRNKning vodorod bo'lmagan atomlarida. Keyin NVT va NPT ansambllarida 100 ps va 400 ps qisqa simulyatsiyalar orqali erituvchi 300 K va 1 atm da muvozanatlashtirildi, shu bilan birga erigan moddaning vodorod bo'lmagan atomlariga cheklovlar qo'yildi. Keyinchalik, energiyani minimallashtirish 10,{13}} qadam uchun amalga oshirildi, lekin 10 kkal·mol–1·Å–2 pozitsion cheklovlar bilan faqat MDA5 ning C atomlari va dsRNKning fosfat magistralida amalga oshirildi. In 3 sub 1 ns davomida asta-sekin bo'shashdi (10,0, 1,0, 0,1 kkal · mol-1 · A-2), so'ngra doimiy bosim ostida 9 ns cheklovsiz muvozanat. Ushbu dastlabki 10 ns muvozanatdan so'ng (tahlilda foydalanilmaydi), NPT ansamblidagi 100 ns ishlab chiqarish simulyatsiyasi har bir tizim uchun 300 K va 1 atm da amalga oshirildi, shu bilan birga tizimning suratlari CPPTRAJ yordamida tahlil qilish uchun har 5,0 psda saqlanadi. AMBER 18 moduli (Roe and Cheatham 2013). 3D modellarni tasvirlaydigan barcha raqamlar PyMOL molekulyar grafik tizimi (v.2.3 ochiq manbali qurilish) yordamida yaratilgan.

Natijalar

MDA5 ning Ile923Val almashinuvining filogenetik tahlili

MDA5 va unga tegishli RIG-I evolyutsiyasi va spetsifikatsiyasi (Brisse va Ly 2019) tomonidan keng ko'rib chiqiladi. Bu erda IFIH1 evolyutsiyasi ma'lum bir polimorfizm haqida MDA5 ketma-ketligidagi saqlanish elementlarini aniqlash uchun ishlatilgan. Evolyutsion tahlil RD/ CTD domenida turli xil turlarning MDA5 (tekshirilgan 1000 ta ketma-ketlikdan 984 tasi izolösinga ega), bu esa strukturaviy/funktsional ahamiyatga ega ekanligini aniqladi. Inson genining 14-eksonidagi rs35667974 polimorfizmi hMDA5 da Iledan Valgacha bo'lgan 923-pozitsiyada saqlanib qolgan aminokislota mutatsiyasiga sabab bo'ladi. Shu bilan birga, valin bilan bir xil pozitsiyaga ega bo'lgan yana o'n oltita uzoq tur mavjud (1-rasm), bu MDA5 ning RD / CTD domenidagi turlar va X1 izoformlarining yaqin gomologik RS/GY domenidagi turlar bo'yicha bu o'zgarishning hayotiyligini ko'rsatadi, X3 va DHX58 spirallari (2-rasm). Bundan tashqari, mintaqaning hMDA №923 pozitsiyasi (MDAs CTD o'zaro ta'sir doirasi) atrofidagi ketma-ketlikni tekislash uzoq turlar orasida o'rtacha va yuqori darajada saqlanib qolgan ketma-ketlikni ochib beradi, bu mintaqaning turli xil funktsional ahamiyatini ko'rsatadi.

Ijobiy tanlovni aniqlash

IFIH1 geni moslashuvchan ravishda rivojlanganligini aniqlash uchun sayt modellari va filial-sayt modellari butun gen va CTD domenining ortologlarining ijobiy tanlov tahlilini o'tkazish uchun ishlatilgan. Sayt modellarida CTD domeni uchun ijobiy tanlov saytlari aniqlanmagan (2-jadval). M0 doimiy evolyutsiya tezligini nazarda tutadi (ō=dN/dS=0.2) (2-jadval). Ijobiy tanlovdan o'tgan ba'zi saytlar RNK o'zaro ta'sir qiluvchi hududlarda va CTD domenida bo'lmasa-da, butun gen uchun M2- va M8-sayt modellari usuli yordamida aniqlandi (1-jadval.). Sayt modellarida ō (dN/ dS) hisoblanadi<1 which indicates a highly conserved gene (Table 2, Suppl. Table 1). In the branch-site model, the human branch (as well as the primate's branch) was used as the foreground clade, the ω value was low, and no sites with posterior probability greater than 0.85 were identified (Suppl. Table 2).

Xususan, CTD domeni uchun C filial-sayt modeli uchun (3-jadval) saytlarning 33 foizi ō0=0 toifasida rivojlanmoqda. 036. Ushbu turkum ostida rivojlanayotgan saytlar filial turlarini ajratmasligi sababli, ikkala filial turi ham ushbu turkumga kiruvchi saytlar uchun bir xil ō qiymatiga ega. Bundan tashqari, saytlarning 55 foizi ō2 toifasi ostida rivojlanmoqda. Shunga qaramay, ular filial turiga (ō20=0.25 va ʼn21=0) shartli bo'lgan ō qiymatlariga ega. Shuningdek, 39 ta ortolog MDA5 genlari uchun C filial-sayt modeli uchun (4-jadvalga ilova), saytlarning 33 foizi ō0=0 toifasida rivojlanmoqda. 027. Boshqa tomondan, saytlarning 41 foizi ō2 toifasi ostida rivojlanmoqda. Biroq, ular filial turiga bog'liq bo'lgan ō qiymatlariga ega (ō20=0.25 va ō21=15.32).

Strukturaviy tahlil

O'tkazilgan evolyutsion tahlil shuni ko'rsatadiki, Ile923Val o'rnini bosish inson turlarida noyob variant emas, chunki Val boshqa turlarda ham MDA5 ketma-ketligi pozitsiyasida mavjud. MDA5 virusli ikki zanjirli RNK (dsRNK) retseptorlari boʻlib, virusga qarshi immunitetda virusga qarshi immunitetda asosiy rol oʻynaydi, virusli RNK uchun oʻziga xos xususiyatga ega (Wu va boshq. 2013). Virusli mRNKning 2'-O-metilatsiyasi tug'ma immunitet reaktsiyalari uchun muhim ekanligi ko'rsatilgan, shuning uchun 2'-O-metilatsiya o'z-o'zidan mRNKni farqlash uchun molekulyar belgi ekanligi taklif qilingan. (Zust va boshq. 2011). Missense IFIH1 variant rs35667974 da Ile923Val almashtirishning potentsial rolini o'rganish uchun biz ATP (PDB ID: 6GKM) mavjudligida MDA5-dsRNA filamentining krioelektron mikroskopiya (kriyo-EM) tuzilishini tahlil qildik (Yu va boshq. 2018). 923-pozitsiya dsRNK bilan to'g'ridan-to'g'ri ta'sir qiluvchi 921-927 halqada joylashgan (3A-rasm). Xususan, Ile923 uridin U12 ning 2'-Z dan 4,8 Å masofada joylashgan va ularning o'zaro ta'siri qo'shni His927 va urasil bazasi o'rtasidagi vodorod aloqasi orqali barqarorlashadi. Ile923 ning rs35667974 variantida Val bilan almashtirilishi uridin U12 ning 2'-Ze bilan o'zaro ta'sirini minimallashtirish o'rniga, har qanday sterik to'qnashuvlarni keltirib chiqarishi kutilmaydi (3B-rasm). Agar RNK U12 ribozasida metillangan bo'lsa, Ile923 bilan tabiiy MDA5 varianti U12 ning 2'-OMe guruhi bilan 3,6 Å da (3C-rasm) qulay van der Waals kontaktini ko'rsatadi, rs35667974 variantining Val923 esa. 5,0 Å da joylashgan (3D-rasm). Bu farqlar o'z-o'zidan Ile923Val almashtirishning asosiy ta'sirini ko'rsata olmaydi; biroq, nozik strukturaviy o'zgarishlar ko'pincha tizimning strukturaviy dinamikasini buzish orqali sezilarli funktsional o'zgarishlarga olib keladi.

Molekulyar dinamikani hisoblash

MDA5 ning I923V mutatsiyasining dsRNK bilan o'zaro ta'sirini o'rganish uchun biz 100-ns vaqt oralig'ida 4 ta tizimning molekulyar dinamikasi simulyatsiyasidan foydalandik. Tizimlarning dinamikasi har bir oqsil qoldig'ining ildiz-o'rtacha kvadrat tebranishlari (RMSF) va H927 ning U12 bilan vodorod bog'lanish masofasidan foydalangan holda kuzatildi (4-rasm). Bizning hisob-kitoblarimiz shuni ko'rsatadiki, MDA5da I923 dan V923 ga mutatsiyasi RNK bilan aloqa qilish mintaqasidagi (qoldiqlar 923-934) va mahalliy dsRNK bilan kompleksning oqsillararo o'zaro ta'sir doirasi (950-955) ichidagi dinamikaning ozgina buzilishiga olib keldi (4C-rasm). . MDA5 V923 mutantining karboksi-terminal mintaqasining umumiy dinamikasida yanada aniqroq ta'sir kuzatilgan bo'lsa-da, U12 da 2′-O-metilatsiya holatida bu kuzatuv o'xshash edi (4D-rasm).

Endi qo'shni H927 qoldig'ining urasil bazasi bilan asosiy vodorod bog'lanish o'zaro ta'sirini ko'rib chiqsak, bizning MD simulyatsiyalarimiz 2′-O da metilatsiya mahalliy MDA5da unga ta'sir qilmasligini ko'rsatadi (4E-rasm). Biroq, V923 mutatsiyasi mahalliy dsRNKdagi H927 ning vodorod bog'lanishiga ta'sir qilmaydi, lekin 2'-O-metilatsiya mavjudligida beqarorlashtiruvchi ta'sir ko'rsatdi (4F-rasm). Birgalikda olingan holda, bizning MD simulyatsiyalarimiz shuni ko'rsatadiki, MDA5 ning I923V mutatsiyasining mahalliy dsRNK bilan o'zaro ta'siri juda kam bo'lsa-da, uning MDA5 / RNK kompleksining dinamikasi va barqarorligiga ta'siri urasil 2'-O-metillanganida sezilarliroqdir. .

Munozara

Ushbu tadqiqot MDA5 uchun o'zgartirilgan funksionallik fenotipiga olib keladigan IFIH1 otoimmün lokusuning umumiy rs35667974 variantining rolini evolyutsion va tizimli tekshirishni anglatadi (Downes va boshq. 2010). Ijobiy tanlov tahlilini o'tkazish uchun evolyutsion sayt va filial-sayt modellarini qo'llash rs35667974 polimorfizmi joylashgan RNK o'zaro ta'sir qilish joylarida ijobiy tanlov joylari yo'qligini ko'rsatadi. Na filial-sayt modellari biron bir sayt CTD domenida ijobiy tanlovdan o'tganligini ko'rsatmaydi.

Bu hatto inson populyatsiyasida ham Ile923Val variantining juda past ko'rinish chastotalariga mos keladi (1-jadval). Shunga qaramay, Evropa aholisi boshqalar bilan solishtirganda bir darajadagi C allelining chastotasida farq qiladi. Kichik tanlanma hajmini e'tiborsiz qoldirmasdan, o'rganilayotgan polimorfizmning geografik taqsimoti shuni ko'rsatadiki, uning Evropa populyatsiyasida boshlang'ich nuqtasi sifatida paydo bo'lishi so'nggi yillarda o'zgargan turmush sharoiti va ovqatlanish bilan bog'liq bo'lishi mumkin. Tekshirilayotgan SNP rolini strukturaviy tekshirish dsRNA-MDA5 (mahalliy va mutant) kompleksining tuzilishini o'rganish orqali amalga oshirildi.

DsRNA-MDA5 kompleksining hosil bo'lish darajasida Ile923Val mutatsiyasining kiritilishi protein C-terminal domenining (CTD) dsRNK bilan o'zaro ta'siriga ta'sir qiladi va dsRNKning bir zanjirining riboza shakarining yonidagi hidrofobik bo'shliqni kiritadi. . Bir zanjirning fosforibozil zanjirida metillangan RNK holatida keyingi dinamik ta'sirlar mutantning o'zaro ta'siriga ta'sir qilishi mumkinligini ko'rsatdik, lekin yovvoyi turga ta'sir qilmaydi. Bu MDA5-dsDNK o'zaro ta'sir nuqtasi yaqinida aniqlangan Ile923Val polimorfizmining ta'siri mahalliy dsRNKni bog'lash xususiyatlariga ta'sir qilmasligi mumkinligini ko'rsatadigan eksperimental tadqiqotlar (Looney va boshq. 2015; Brisse va Ly 2019) bilan mos keladi. 2.{10}}katalitik faollikni baravar kamaytirish (Shigemoto va boshq. 2009). Shuningdek, molekulyar dinamik tadqiqotlar mutantda metillanishning dsRNK o'zaro ta'sirida ishtirok etadigan 941-959 va 970-977 MDA5 halqalarining harakatchanligi va barqarorligi bilan bog'liq muhim rolini ko'rsatdi. Bunday ta'sirlar MDA5 filament yig'ilishiga, MDA5-MAVS assotsiatsiyasiga va MAVS filament yig'ilishiga to'sqinlik qilishi mumkin, bu esa I turdagi interferon genlarining (IFN1: IFN va IFN) ifodasini yanada faollashtiradi. T1D va PsA holatlarida, natijada, MDA5 protein faolligi darajasining pasayishi va shuning uchun past IFN ishlab chiqarish otoimmunitetdan himoya qiladi. Ushbu kuzatishlar shuni ko'rsatadiki, MDA5 ning MAVS bilan o'zaro ta'siriga ta'sir qilishi va IFN ishlab chiqarishning kamayishi prognoz qilingan bir nechta IFIH1 variantlari kasalliklar xavfini kamaytiradi, MDA5 normal funktsiyasi esa ular bilan bog'liq (Shigemoto va boshq. 2009).

Bu, virusli RNKda bo'lgani kabi, o'z-o'zidan dsRNK metilatsiyasi, RNK bilan aniqlangan mutatsiya ba'zi otoimmün kasalliklarda himoya ta'sirini kiritish uchun muhim tanlash/faollashtirish omili degan xulosaga keladi. Ushbu tadqiqot natijalari yuqorida aytib o'tilgan kasalliklarning rivojlanishida IFIH1 lokusuning rs35667974 SNP ning biologik ahamiyati haqidagi bilimlarni kengaytiradi va ko'plab otoimmün kasalliklar tomonidan umumiy genlarni o'rganish muhimligini ta'kidlaydi. Biroq, SNPlarning otoimmün kasalliklar bilan genetik bog'lanishini o'rganishda, masalan, PCR-RFLPs, sekvensiya yoki genotiplash chiplaridan foydalangan holda, RNK metilatsiyasi holati hisobga olinmaydi. Shuning uchun o'zaro ta'sir qiluvchi dsRNKning metillanish holatini va uning MDA5 alleliga ta'sirini bilish muhimdir. Virusli dsRNKni tanib olish (Wu va boshq. 2013) va o'z-o'zidan va o'z-o'zidan bo'lmagan mRNK o'rtasidagi farqda (Züst va boshq. 2011), o'zaro ta'sir qiluvchi MDA5 dan metil guruhining yo'qolishida bo'lgani kabi, mutant Ile923Val MDA5, filament shakllanishiga va I turdagi interferonning induksiyasiga ta'sir qilishi mumkin.

Shuni ta'kidlash kerakki, Plenge va boshqalar. (2013) farmatsevtika aralashuvi uchun taxminiy terapevtik maqsadni ko'rsatish uchun sababchi kasallik genidagi noyob variantning potentsialini ilgari muhokama qilgan edi. Shu maqsadda, genetik topilmalarni yangi terapevtik maqsad bilan bog'lash uchun har qanday urinishda sababchi variantning biologik funktsiyasini bilish kerak. Shu sababli, tegishli oqsilning 3D tuzilishidagi qo'zg'atuvchi variantning o'rnini aniqlash va uning otoimmün kasallikka olib keladigan patogenetik yo'ldagi rolini tizimli/funktsional nuqtai nazardan o'rganish keyingi boshqarish va yaxshiroq davolash uchun muhim ahamiyatga ega. bemorlar. Kasallikning molekulyar mexanizmlari va yo'llarini tushuntirish uchun bog'liq bo'lgan SNPlarni kashf qilishdan tashqari, sababchi variantlarni chuqurroq tushunishga o'tish zarurati saqlanib qolmoqda. Riboza-2'-s-metillangan o'z-o'zidan dsRNKning MDA5 bilan bog'lanishini va bu MDA5 fibril birikmasiga qanday ta'sir qilishini o'rganish uchun qo'shimcha strukturaviy-funktsional tahlil talab qilinadi. I turdagi interferonni induksiyasida virusli va o'z-o'zidan mRNK o'rtasidagi farq sensori sifatida mRNKning 2'-s-metillangan biologik roli ma'lum autoimmunopatiyalarda himoya sensorigacha kengaytirilgan bo'lishi mumkin.

Xulosa

Noyob rs35667974 IFIH1 gen polimorfizmi T1D, PS va PsA dan himoya qiladi, aholining ko'pchiligi tomonidan olib boriladigan IFIH1 alleli kasalliklarga moyil bo'ladi. Ile923Val MDA5 mutantining o'z-o'zidan dsRNK bilan va xususan 2'-O-metillangan bilan o'zaro ta'sirida boshqacha ishlashini moliyalashtirish, ba'zi hollarda metillangan dsRNK bilan o'zaro ta'sir qiluvchi variantlar MDA5 filamentini, MAVS o'zaro ta'sirini va filament shakllanishini buzadi va IFN signalizatsiyasi, mezbonning antiviral javobida bo'lgani kabi, salbiy tanlangan bo'lishi mumkin, chunki ular kasalliklardan himoya qiladi.

Muallif hissalari

Kontseptsiya - AA, AP, EEE va GNG, metodologiya - AA, AP va EEE, tekshirish - AA, AP, MIZ, GNG va EEE, tergov - GNG, AA, AP va MIZ, resurslar - GNG, AA, AP va MIZ, maʼlumotlar kuratsiyasi — AA va AP, yozish va original loyihani tayyorlash — EEE, GNG, AA, AP va MZ, qoʻlyozmani yozish, koʻrib chiqish va tahrirlash — AA, AP, MZ, GNG va EEE, vizualizatsiya - AA, AP va EEE, nazorat - EEE va moliyalashtirish - EEE. Barcha mualliflar qo'lyozmaning nashr etilgan versiyasini o'qib chiqdilar va rozi bo'ldilar.

Moliyalashtirish

Ochiq kirishni moliyalashtirish HEAL-Link Greece tomonidan taqdim etiladi. Ushbu ish "Ilmiy-tadqiqot va innovatsion infratuzilmani mustahkamlash" aksiyasi doirasida amalga oshirilayotgan "INSPIRED - Integratsiyalashgan strukturaviy biologiya, dori skrining harakatlari va dori vositalarining maqsadli funktsional tavsifi bo'yicha milliy tadqiqot infratuzilmalari" loyihasi (Grant MIS 5002550) tomonidan qo'llab-quvvatlandi. "Raqobatbardoshlik, tadbirkorlik va innovatsiyalar" Operatsion dasturi (NSRF 2014–2020) tomonidan moliyalashtiriladi va Gretsiya va Yevropa Ittifoqi (Yevropa mintaqaviy taraqqiyot jamg'armasi) tomonidan birgalikda moliyalashtiriladi.

Ma'lumotlar mavjudligi

Joriy tadqiqot davomida foydalanilgan va/yoki tahlil qilingan maʼlumotlar toʻplamini tegishli muallifning soʻroviga koʻra olish mumkin.

Deklaratsiyalar

Manfaatlar to'qnashuvi

Mualliflar manfaatlar to'qnashuvi yo'qligini e'lon qilmaydi. Tadqiqotni loyihalashda moliyachilarning roli yo'q edi; ma'lumotlarni yig'ish, tahlil qilish yoki talqin qilishda; qo'lyozmani yozishda yoki natijalarni nashr etish to'g'risidagi qarorda.

Axloqiy tasdiqlash

Qo'llanilmaydigan, qo'llab bo'lmaydigan.

Ishtirok etishga rozilik

Qo'llanilmaydigan, qo'llab bo'lmaydigan.

Nashr qilishga rozilik

Qo'llanilmaydigan, qo'llab bo'lmaydigan.

Ochiq kirish

Ushbu maqola Creative Commons Attribution 4 boʻyicha litsenziyalangan.0 Xalqaro litsenziya boʻlib, u asl muallif(lar)ga tegishli baho bergan holda istalgan vosita yoki formatda foydalanish, almashish, moslashtirish, tarqatish va koʻpaytirishga ruxsat beradi. ) va manba, Creative Commons litsenziyasiga havolani taqdim eting va o'zgartirishlar kiritilganligini ko'rsating. Ushbu maqoladagi tasvirlar yoki boshqa uchinchi tomon materiallari, agar materialning kredit liniyasida boshqacha ko'rsatilmagan bo'lsa, maqolaning Creative Commons litsenziyasiga kiritilgan. Aytaylik, material maqolaning Creative Commons litsenziyasiga kiritilmagan va sizning maqsadli foydalanishingiz qonun hujjatlarida ruxsat etilmagan yoki ruxsat etilgan foydalanishdan oshib ketgan. Bunday holda, to'g'ridan-to'g'ri mualliflik huquqi egasidan ruxsat olishingiz kerak.

Ma'lumotnomalar

1. Aduri R, Psciuk BT, Saro P va boshqalar (2007) RNKdagi tabiiy ravishda o'zgartirilgan nukleozidlar uchun AMBER kuch maydoni parametrlari. J Kimyoviy nazariyani hisoblash 3: 1464–1475.

2. Altschul SF, Madden TL, Schäfer AA va boshqalar (1997) Gapped BLAST va PSI-BLAST: oqsil ma'lumotlar bazasini qidirish dasturlarining yangi avlodi. Nuklein kislotalari Res 25: 3389–3402.

3. Andreou A, Giastas P, Christoforides E, Eliopoulos EE (2018) Bacillus anthracis va bacillus cereusning polisakkarid deasetilaz gen oilasi ichidagi strukturaviy va evolyutsion tushunchalar.

4. Aučynaitė A, Rutkienė R, Tauraite D va boshqalar (2018) Metagenomik kutubxonalar yordamida 2'-O-metiluridin nukleosid gidrolazasini aniqlash. Molekulalar.

5.Berman HM, Westbrook J, Feng Z va boshqalar (2000) Protein ma'lumotlar banki. Nuklein kislotalari Res 28:235–242.

6. Bielawski JP, Yang Z (2004) Genlar oilasi evolyutsiyasiga tatbiq etilgan holda, individual kodon joylarida funktsional farqni aniqlash uchun maksimal ehtimollik usuli.

7. Biros E, Jordan MA, Baxter AG (2005) 1-toifa diabetdagi muhitning o'zaro ta'sirini vositachi genlar.

8. Boccaletto P, Machnicka MA, Purta E, va boshqalar (2018) MODOMICS: RNKni o'zgartirish yo'llari ma'lumotlar bazasi. 2017 yangilash. Nuklein kislotalari Res 46: D303-D307.

9. Brisse M, Ly H (2019) RIG-I-ga o'xshash retseptorlarning qiyosiy tuzilishi va funktsional tahlili: RIG-I va MDA5.

10. Budu-Aggrey A, Bowes J, Stuart PE va boshqalar (2017) IFIH1da noyob kodlash alleli psoriatik artrit uchun himoya qiladi. Ann Rheum Dis 76:1321–1324.

For more information:1950477648nn@gmail.com