2.1.1 Структура гена bPit-1 и механизм регуляции его экспрессии

Бычий ген bPit-1 локализован на первой хромосоме [127]. Исследования структуры гена bPit-1 показали, что он имеет шесть экзонов и его способность регулировать работу разных генов обусловлена наличием различных вариантов сплайсинга. У млекопитающих bPit-1 имеет три различных варианта сплайсинга, основной тип - Pit-1а, и два других - тип Pit-1b и Pit- 1t [130, 131, 135]. Все варианты сплайсинга биологически активны. Эти разные варианты по-разному воздействуют на промоторные элементы регулируемых генов. Вариант Pit-1а строго активизирует Pit-1а и Pit-1b промоторы [136, 137]. Вариант Pit-1b содержит 26-аминокислотную вставку в трансактивационном домене благодаря альтернативному сплайсингу транскрипта гена bPit-1 и первого интрона [121, 130, 138]. В результате он утрачивает способность активировать промотор гена bPRL и предпочтительно активирует промотор bGH гена [130, 135]. Форма Pit-1t содержит в трансактивационном домене инсерцию четырнадцати аминокислот, благодаря чему стимулирует только TSH-b ген. Такая форма экспрессируется только в клетках производных тиротрофов [132, 133]. Наличие альтернативного сплайсинга обуславливает различия в физиологическом эффекте мутаций данного гена в зависимости от места их возникновения. Участие первого интрона в образовании Pit-1b формы, регулирующей работу гена гормона роста, позволяет предположить, что присутствие точковых мутаций в этой области может быть ассоциировано с развитием признаков продуктивности у домашнего скота регулируемых непосредственно соматотропином.

Молекулярный механизм участия белковых продуктов экспрессии гена bPit-1 в регуляции работы генов гормона роста и пролактина заключается в следующем. В генах bGH и bPRL регуляторная область, расположенная выше сайта транскрипции, содержит А/Т регион общий для обоих генов и необходимый для их экспрессии [139-141]. Ген bPit-1 был клонирован в 1988 году благодаря его афинности к этим А/Т богатым сайтам и была показана его роль в контроле транскрипции этих генов [119, 121, 124, 128]. Дальнейшие исследования показали так же его участие в регуляции экспрессии гена β- субъединицы тироид-стимулирующего гормона [142-145], гена рецептора GHвысвобождающего гормона (growth hormone releasing hormone receptor ( bGHRH-R ) [146]. Имуно-гистологический анализ выявил высокую экспрессию гена bPit-1 в трех типах клеток гипофиза: соматотрофы, лактотрофы и тиреотофы [144, 147], которые секретируют гипофизарные гормоны GH, PRL, и TSH-β, соответственно. Было показано, что bPit-1 играет важную роль в дифференциации и пролиферации этих трех типов клеток [128].

Контрольные вопросы:

1. Структура гена гипофизарного фактора транскрипции.

1. Сколько экзонов имеет ген гипофизарного фактора транскрипции?

2. Где локализован ген bPit-1 крупного рогатого скота?

3. Присутствие мутаций в какой области гена гипофизарного фактора

транскрипции может ассоциироваться с продуктивностью крупного рогатого скота?

1. В каком году был клонирован ген гипофизарного фактора

транскрипции?

1. В каких клетках гипофиза установлена высокая экспрессия гена bPit-1 ?

2.1.2 Биологическая роль белка Pit-1

Физиологическая роль белка Pit-1 в развитии клеток и секреции гормонов была продемонстрирована на мутациях гена bPit-1 у мышей и человека. Так мутации гена bPit-1 приводят карликовости у мышей [126]. Мутация у Snell dwarf мышей, идентифицированная как одиночная рецессивная аутосомная мутация, препятствует развитию клеток гипофиза, которые секретируют гормон роста, пролактин и тиреотропин. Это нарушает пролиферацию соматотрофов, лактотрофов и тиротрофов и приводит к отсутствию экспрессии генов гормона роста, пролактина и тиреотропина [148-150].

Другая мутация у карликовых мышей Jackson mouse представляет собой значительное изменение структуры гена bPit-1 и отсутствию экспрессии bPit-1 [126]. Такие мыши так же имеют недоразвитый гипофиз и характеризуются комбинированным дефицитом гормона роста, пролактина и β-субъединицы тиреотропина.

У человека и грызунов Pit-1 выполняет сходные функции. Как и следовало ожидать, возникновение мутаций в гене bPit-1 у человека вызывает комбинированный гормональный дефицит гипофизарных гормонов сопровождающийся различными эндокринных заболеваний [151].

Имеются данные в пользу того, что мутации, возникающие в гене bPit-1 , могут быть ассоциированы со скоростью роста, признаками мясной и молочной продуктивности у животных, в том числе и домашнего скота. В частности, было обнаружено, что ген bPit-1 ассоциирован с мясными признаками у свиней [152, 153].

Контрольные вопросы:

1. На мутациях генов у каких организмов демонстрируется физиологическая роль гена гипофизарного фактора транскрипции?

2. К чему приводят мутации гена гипофизарного фактора транскрипции у мышей?

3. Каковы последствия в организме мышей при отсутствии экспрессии гена гипофизарного фактора транскрипции?

4. Какие последствия вызывает мутация гена bPit-1 у человека?

1. У каких животных ген bPit-1 ассоциируется с признаками мясной продуктивности?

2.1.3 Полиморфизм гена bPit-1

В настоящее время выявлено значительное количество точковых мутаций гена bPit-1 у представителей различных пород, как мясного, так и молочного направления. Три мутации - Pit1I3H (C- и D–аллели), Pit1I3N (M- и N–аллели) и Pit1I3NL (G- и H–аллели), локализованы в третьем интроне. Эти мутации выявляются с помощью рестриктаз HinfI, NciI и NlaIII, соответственно. Так же по одной мутации Pit1I4N (E- и F–аллели), Pit1I5 , Pit1E6H (О- и Р–аллели) были обнаружены в четвертом, пятом интронах и шестом экзоне гена bPit-1 . Нуклеотидные замены в четвертом интроне и шестом экзоне идентифицируются эндонуклеазами BstNI и HinfI, соответственно [134, 154].

Несколько новых мутаций гена bPit-1 были выявлены при исследовании американской популяции голштинского крупного рогатого скота. Так, были идентифицированы три молчащие трансверсии: G→A во втором экзоне, T→C, A→G, C→A в третьем экзоне .

Таблица 3 – Точковые мутации гена bPit-1

Для гена bPit-1 идентифицирован полиморфизм, распознаваемый рестриктазой HinfI. Молекулярной основой для данного полиморфизма является молчащая мутация (G→A), локализованная в шестом экзоне [155]. Несмотря на то, что данная мутация не приводит к аминокислотной замене белка и теоретически не должна влиять на его физиологические свойства, рядом авторов выявлены различные виды ассоциации этого полиморфизма, как с признаками мясной, так и молочной продуктивности у представителей разных пород. Высокая частота аллеля bPit1- HinfI^A (0.26, 0.757, 0.296, 0,35) была выявлена в исследованиях Moody D.E. et al. (1995), Klauzinska et al. (2001), Oprzadek et al. (2003), Dybus A. et al. (2004) Moravcikova N. et al. (2013), Тюлькин С.В [127, 157 - 159]. Низкая частота аллеля bPit1- HinfI^A (0.18, 0.15 и 0.15) наблюдалась в исследованиях Renaville et al. (1997), Woollard et al. (1994), Hori-Oshima и Barreras-Serrano (2003) [120, 134, 160].