РОЛЬ МУТАЦИЙ ГЕНОВ piwi И aub В РАДИАЦИОННО-ИНДУЦИРОВАННОМ ОТВЕТЕ У Drosophila melanogaster

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В данном исследовании впервые получены сведения о чувствительности животных с дисфункцией геновpiwiи aubк хроническому облучению в малых дозах (20 сГр) и проявлении у анализируемых мутантов радиоадаптивного ответа. Реакция мутантных генотиповDrosophila melanogasterна облучение была проанализирована по показателям “продолжительность жизни”, “фертильность” и “повреждения ДНК”. Результаты экспериментов показали, что у самок с мутациейpiwiобнаружено адаптивное действие хронического облучения в малых дозах (20 сГр) в ответ на последующую экспозицию в дозе 60 Гр. Хроническое низкоинтенсивное облучение не повлияло на репродуктивные функции и уровень повреждений ДНК в гонадах особей с дисфункцией геновpiwiи aub, но привело к повышению их продолжительности жизни. Таким образом, функциональное снижение некоторых генов семействаArgonauteможет модифицировать эффекты облучения с формированием у животных радиорезистентных признаков.

Об авторах

Е. А. Юшкова

Институт биологии Коми научного центра Уральского отделения РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: ushkova@ib.komisc.ru
Сыктывкар, Россия

Список литературы

  1. Nikjoo H., O’Neill P, Wilson W.E. et al. Computational approach for determining the spectrum of DNA damage induced by ionizing radiation.Radiat. Res. 2001;156(5):577–583. https://doi.org/10.1667/0033-7587(2001)156[0577: cafdts]2.0.co;2
  2. Wei J., Wang B., Wang H. et al. Radiation-induced normal tissue damage: Oxidative stress and epigenetic mechanisms.Oxid. Med. Cell. Longev. 2019;2019: 3010342. https://doi.org/10.1155/2019/3010342
  3. Weigel C., Veldwijk M.R., Oakes C.C. et al. Epigenetic regulation of diacylglycerol kinase alpha promotes radiation-induced fibrosis.Nat. Commun. 2016;7:10893. https://doi.org/10.1038/ncomms10893
  4. Yushkova E. Genetic mechanisms of formation of radiation-induced instability of the genome and its transgenerational effects in the descendants of chronically irradiated individuals of Drosophila melanogaster.Radiat. Environ. Biophis. 2020;59(2): 221–236. https://doi.org/10.1007/s00411-020-00833-2
  5. Yushkova E. Contribution of transposable elements to transgenerational effects of chronic radioactive exposure of natural populations of Drosophila melanogasterliving for a long time in the zone of the Chernobyl nuclear disaster.J. Environ. Radioact. 2022a;251–252:106945. https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2022.106945
  6. Seong K.M., Cenci G. Editorial: The genetic and epigenetic bases of cellular response to ionizing radiation.Front. Genet. 2022;13:857168. https://doi.org/10.3389/fgene.2022.857168
  7. Shesterikova E.M., Bondarenko V.S., Volkova P.Yu.Differential gene expression in chronically irradiated herbaceous species from the Chernobyl exclusion zone.Int. J. Radiat. Biol. 2023;99(2):229–237. https://doi.org/10.1080/09553002.2022.2087927
  8. Shin E., Lee S., Kang H. et al. Organ-specific effects of low dose radiation exposure: A comprehensive review.Front. Genet. 2020;11:566244. https://doi.org/10.3389/fgene.2020.566244
  9. Guéguen Y., Bontemps A., Ebrahimian T.G. Adaptive responses to low doses of radiation or chemicals their cellular and molecular mechanisms.Cell. Mol. Life Sci. 2019;76(7):1255‒1273. https://doi.org/10.1007/s00018-018-2987-5
  10. Yushkova E. Radiobiological features in offspring of natural populations of Drosophila melanogasterafter Chernobyl accident.Environ. Mol. Mutagen. 2022b;63:84–97. https://doi.org/10.1002/em.22476
  11. Koval L., Proshkina E., Shaposhnikov M., Moskalev A. The role of DNA repair genes in radiation-induced adaptive response in Drosophila melanogasteris differential and conditional.Biogerontol. 2020;21:45–56. https://doi.org/10.1007/s10522-019-09842-1
  12. Dubrova Yu.E., Sarapultseva E.I. Radiation-induced transgenerational effects in animals.Int. J. Radiat. Biol. 2022;98(6):1047–1053. https://doi.org/10.1080/09553002.2020.1793027
  13. Sato K., Siomi M.C. The piRNA pathway in Drosophilaovarian germ and somatic cells.Proc. Jpn. Acad. Ser. B. Phys. Biol. Sci. 2020;96(1):32–42. https://doi.org/10.2183/pjab.96.003
  14. Toth K.F., Pezic D., Stuwe E. Webster A. The piRNA pathway guards the germline genome against transposable elements.Adv. Exp. Med Biol. 2016;886:51–77. https://doi.org/10.1007/978-94-017-7417-8_4
  15. Gonzalez L.E., Tang X., Lin H. Maternal Piwi regulates primordial germ cell development to ensure the fertility of female progeny in Drosophila.Genetics. 2021;219(1):iyab091. https://doi.org/10.1093/genetics/iyab091
  16. Sousa-Victor P., Ayyaz A., Hayashi R. et al. Piwi is required to limit exhaustion of aging somatic stem cells.Cell Reports. 2017;20:2527–2537. https://doi.org/10.1016/j.celrep.2017.08.059
  17. Proshkina E., Yushkova E., Koval L. et al. Tissue-specific knockdown of genes of the Argonautefamily modulates lifespan and radioresistance in Drosophila melanogaster.Int. J. Mol. Sci. 2021;22(5):2396. https://doi.org/10.3390/ijms22052396
  18. Evangelou A., Ignatiou A., Antoniou C. et al. Unpredictable effects of the genetic background of transgenic lines in physiological quantitative traits.G3 (Bethesda). 2019;9(11):3877–3890. https://doi.org/10.1534/g3.119.400715
  19. Theron E., Maupetit-Mehouas S., Pouchin P. et al. The interplay between the Argonaute proteins Piwi and Aub withinDrosophilagermarium is critical for oogenesis, piRNA biogenesis and TE silencing.Nucl. Acids Res. 2018;46:10052–10065. https://doi.org/10.1093/nar/gky695
  20. Adashev V.E., Kotov A.A., Bazylev S.S. et al.Stellategenes and the piRNA pathway in speciation and reproductive isolation of Drosophila melanogaster.Front. Genet. 2021;11:610665. https://doi.org/10.3389/fgene.2020.610665
  21. Yushkova E.A. The effects of transpositions of functionalI retrotransposons depend on the conditions and dose of parental exposure.Int. J. Radiat. Biol. 2023;99(5):737–749. https://doi.org/10.1080/09553002.2023.2142978
  22. Olive P.L., Wlodek D., Durand R.E., Banáth J.P. Factors influence DNA migration from individual cells subjected to gel electrophoresis.Exp. Cell Res. 1992;198(2):259–260. https://doi.org/10.1016/0014-4827(92)90378-l
  23. Han S.K., Lee D., Lee H. et al. OASIS 2: online application for survival analysis 2 with features for the analysis of maximal lifespan and healthspan in aging research.Oncotarget. 2016;7:56147–56152. https://doi.org/10.18632/oncotarget.11269
  24. Bonner W.M. Low-dose radiation: Thresholds, bystander effects, and adaptive responses.PNAS. 2003;100(9):4973–4975. https://doi.org/10.1073/pnas.1031538100
  25. Asaithamby A., Chen D.J. Cellular Responses to DNA double-strand breaks after low-dose gamma-irradiation.Nucl. Acid. Res. 2009;37(12):3912⎯3923. https://doi.org/10.1093/nar/gkp237
  26. Юшкова Е.А., Зайнуллин В.Г. Радиационно-индуцированная фрагментация ДНК в клетках соматических и генеративных тканейDrosophila melanogaster.Радиац. биология. Радиоэкология. 2015;55(1):97–103. [Yushkova E., Zainullin V. Radiation-induced DNA fragmentation in cells of somatic and generative tissues of Drosophila melanogaster. Radiats. Biol. Radioecol.2015;55(1):97–103. (In Russ.)]. https://doi.org/10.7868/S0869803115010178
  27. Wayne M.L., Soundararajan U., Harshman L.G. Environmental stress and reproduction in Drosophila melanogaster: starvation resistance, ovariole numbers and early age egg production.BMC Evol. Biol. 2006;6:57. https://doi.org/10.1186/1471-2148-6-57
  28. Landis G., Shen J., Tower J. Gene expression changes in response to aging compared to heat stress, oxidative stress and ionizing radiation in Drosophila melanogaster. Aging. 2012;4(11):768–789. https://doi.org/10.18632/aging.100499
  29. Belyi A.A., Alekseev A.A., Fedintsev A.Y. et al. The resistance of Drosophila melanogasterto oxidative, genotoxic, proteotoxic, osmotic stress, infection, and starvation depends on age according to the stress factor.Antioxidants. 2020;9:1239. https://doi.org/10.3390/antiox9121239
  30. Pappalardo A.M., Ferrito V., Biscotti M.A. et al. Transposable elements and stress in vertebrates: An overview.Int. J. Mol. Sci. 2021;22(4):1970. https://doi.org/10.3390/ijms22041970
  31. Czech B., Preall J.B., McGinn J., Hannon G.J.A transcriptome-wide RNAi screen in the Drosophilaovary reveals factors of the germline piRNA pathway.Mol. Cell. 2013;50:749–761. https://doi.org/10.1016/j.molcel.2013.04.007
  32. Russell S.J., LaMarre J. Transposons and the PIWI pathway: genome defense in gametes and embryos.Reproduction. 2018;156(4):R111–R124. https://doi.org/10.1530/REP-18-0218
  33. Ross R.J., Weiner M.M., Lin H. PIWI proteins and PIWI-interacting RNAs in the soma.Nature. 2014;505:353–359. https://doi.org/10.1038/nature12987
  34. Jones B.C., Wood J.G., Chang C. et al. A somatic piRNA pathway in the Drosophilafat body ensures metabolic homeostasis and normal lifespan.Nat. Commun. 2016;7:13856. https://doi.org/10.1038/ncomms13856
  35. Zuo L., Wang Z., Tan Y. et al. piRNAs and their functions in the brain.Int. J. Hum. Genet. 2016;16:53–60. https://doi.org/10.1080/09723757.2016.11886278
  36. Perera B.P.U., Tsai Z. T.-Y., Colwell M. et al. Somatic expression of piRNA and associated machinery in the mouse identifies short, tissue-specific piRNA.Epigenetics. 2019;14(5):504–521. https://doi.org/10.1080/15592294.2019.1600389
  37. Lin K.Y., Wang W.D., Lin C.H. et al. Piwi reduction in the aged niche eliminates germline stem cells via Toll-GSK3 signaling.Nat. Commun. 2020;11:3147. https://doi.org/10.1038/s41467-020-16858-6
  38. Rajasethupathy P., Antonov I., Sheridan. R et al. A role for neuronal piRNAs in the epigenetic control of memory-related synaptic plasticity.Cell. 2012;149:693–707. https://doi.org/10.1016/j.cell.2012.02.057
  39. Phay M., Kim H.H., Yoo S. Analysis of piRNA-like small non-coding RNAs present in axons of adult sensory neurons.Mol. Neurobiol. 2018;55:483–494. https://doi.org/10.1007/s12035-016-0340-2
  40. Praher D., Zimmermann B., Genikhovich G. et al. Characterization of the piRNA pathway during development of the sea anemoneNematostella vectensis.RNA Biol. 2017;14:1727–1741. https://doi.org/10.1080/15476286.2017.1349048
  41. Ma Z., Wang H., Cai Y. et al. Epigenetic drift of H3K27me3 in aging links glycolysis to healthy longevity in Drosophila.eLife. 2018;7:e35368. https://doi.org/10.7554/eLife.35368
  42. Heestand B.,Simon M.,Frenk S. et al.Transgenerational sterility of Piwi mutants represents a dynamic form of adultreproductive diapause.Cell Rep. 2018;23:156–171. https://doi.org/10.1016/j.celrep.2018.03.015
  43. Yushkova E. Interaction effect of mutations in the genes (piwiand aub) of the Argonautefamily and hobotransposons on the integral survival parameters of Drosophila melanogaster. Biogerontology. 2024;5:131–146. https://doi.org/10.1007/s10522-023-10062-x
  44. Brennecke J., Aravin A.A., Stark A. et al. Discrete small RNA-generating loci as master regulators of transposon activity in Drosophila.Cell. 2007;128:1089–1103. https://doi.org/10.1016/j.cell.2007.01.043
  45. Gainetdinov I., Colpan C., Arif A, Cecchini K., Zamore P. A single mechanism of biogenesis, initiated and directed by PIWI proteins, explains piRNA production in most animals.Mol. Cell. 2018;71:775–790. https://doi.org/10.1016/j.molcel.2018.08.007
  46. van Lopik J., Alizada A., Trapotsi M.-A. et al. Unistrand piRNA clusters are an evolutionarily conserved mechanism to suppress endogenous retroviruses across the Drosophilagenus.Nat. Commun. 2023;14:7337. https://doi.org/10.1038/s41467-023-42787-1
  47. Senti K.A., Jurczak D., Sachidanandam R., Brennecke J. piRNA-guided slicing of transposon transcripts enforces their transcriptional silencing via specifying the nuclear piRNA repertoire.Genes Dev. 2015;29(16):1747–1762. https://doi.org/10.1101/gad.267252.115

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».