Λειτουργική ανάλυση της 14-3-3ε και συγγενών ισόμορφων θηλαστικών στη Drosophila melanogaster
Authors: Τσιγκάρη Κυριακή 
Published: January 2014

Η οικογένεια των πρωτεϊνών 14-3-3 αποτελείται από μία ομάδα μικρών σε μοριακό βάρος, όξινων πρωτεϊνών με πολλαπλές και καθώς φαίνεται διαφορετικές κυτταρικές λειτουργίες (ενίσχυση πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων, καταστολή πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων, ρύθμιση καταλυτικής δράσης, ρύθμιση υποκυτταρικού εντοπισμού, αποτροπή τροποποίησης πρωτεϊνών/ενίσχυση σταθερότητας). Οι πρωτεΐνες 14-3-3 είναι διμερείς και έχουν την ικανότητα να δημιουργούν ομοδιμερή και ετεροδιμερή και ο διμερισμός των πρωτεϊνών 14-3-3 φαίνεται να έχει λειτουργικό χαρακτήρα. Ο συνδυασμός ομο- και ετεροδιμερών μπορεί να είναι υπεύθυνος για την εξειδίκευση των πρωτεϊνών 14-3-3 ως προς τις πρωτεΐνες στόχους. Οι ισότυποι 14-3-3 φαίνεται να εμφανίζουν εξειδίκευση ως προς την ικανότητα αλλά και τη συγγένεια πρόσδεσης τους με πρωτεΐνες-στόχους παρόλη την υψηλή συντήρηση στην πρωτεϊνική τους αλληλουχία. Οι πολυετείς πειραματικές αναζητήσεις της λειτουργίας των πρωτεϊνών 14-3-3 έδειξαν ότι εμπλέκονται, μεταξύ άλλων, σε τρεις βασικές κυτταρικές διαδικασίες, τον κυτταρικό κύκλο, την απόπτωση και την κυτταρική σηματοδότηση. Οι πρωτεΐνες 14-3-3 φαίνεται να εμπλέκονται σε ασθένειες του νευρικού συστήματος αλλά και στην ογκογένεση. Ένα από τα θεμελιώδη ερωτήματα στη βιολογία των 14-3-3 πρωτεϊνών, το οποίο πηγάζει από την υψηλά συντηρημένη δομή τους και την ύπαρξη πολλαπλών συνεκφραζόμενων ισοτύπων, αφορά στη λειτουργική εξειδίκευση των διαφορετικών ισομορφών και την ικανότητα τους να αναπληρώνουν η μία ισομορφή την έλλειψη της άλλης. Στην συγκεκριμένη εργασία θέτουμε αυτό το ερώτημα in vivo, χρησιμοποιώντας μεταλλάξεις στα δύο Δροσοφιλικά γονίδια, Leonardo (14-3-3ζ) και D14-3-3ε. Δείχνουμε ότι η πρωτεΐνη 14-3-3ε είναι σημαντική για την εκκόλαψη του εμβρύου. Εντούτοις, ομοζυγώτες με μηδενική έκφραση 14-3-3ε πρωτεΐνης, επιβιώνουν γιατί υπερρυθμίζουν την παραγωγή μεταγράφων που κωδικοποιούν την ισομορφή LEOII την στιγμή της εκκόλαψης, που αναπληρώνει την έλλειψη της 14-3-3ε. Αυτή η νέα ανταπόκριση του ομοιοστατικού μηχανισμού εξηγεί την ικανότητα λειτουργικής αναπλήρωσης μεταξύ των δροσοφιλικών 14-3-3 πρωτεϊνών καθώς και την επιβίωση των 14-3-3 ομοζυγωτών. Η ανταπόκριση αυτή φαίνεται να είναι μονόδρομη και όχι αμφίδρομη, αφού σε περιπτώσεις απώλειας της πρωτεΐνης LEO δεν παρατηρήθηκε άνοδος των επιπέδων της D14-3-3ε, καθώς και η αύξηση του επιπέδου μεταγραφής της πρωτεΐνης LEO εξαρτάται από το αναπτυξιακό στάδιο και τον ιστό. Αντίθετα, τα επίπεδα της LEO δεν φαίνονται να αλλάζουν στους εμβρυικούς δίσκους του φτερού, καταλήγοντας στο μη φυσιολογικό σχηματισμό φλέβας του φτερού, που χαρακτηρίζει τους 14-3-3ε ομοζυγώτες. Παρόλα αυτά, συνθήκες υπερέκφρασης της LEOI, αλλά όχι της LEOII, στο δίσκο του φτερού, μπορούν να αναστρέψουν εν μέρει το φαινότυπο ανεπαρκούς φλέβωσης. Επομένως, υπερπληθώρα συγκεκριμένης ισομορφής της πρωτεΐνης LEO, σε συγκεκριμένο κυτταρικό περιβάλλον, μπορεί να αναπληρώσει λειτουργικά της έλλειψη της πρωτεΐνης 14-3-3ε. Τα αποτελέσματα αυτά υποδεικνύουν, in vivo, ότι υπάρχουν λειτουργικές διαφορές μεταξύ των διαφορετικών 14-3-3 πρωτεϊνών της Δροσόφιλας, αλλά και ανάμεσα στις δύο ισομορφές της πρωτεΐνης 14-3-3 LEO, οι οποίες υποδηλώνουν διαφορετική συγγένεια των διμερών ως προς τα μόρια στόχους των 14-3-3 πρωτεϊνών. Σε συνέχεια των προηγούμενων δεδομένων, εξετάσαμε την επίδραση των μεταλλάξεων του γονιδίου D14-3-3ε στο γεννητικό σύστημα της Δροσόφιλας. Στόχος των πειραμάτων ήταν η διερεύνηση του ρόλου της πρωτεΐνης D14-3-3ε στο συγκεκριμένο σύστημα, καθώς και ο καθορισμός της σχέσης ισοδυναμίας ή μη με την πρωτεΐνη LEO. Συγκεκριμένα, παρουσιάζονται στοιχεία που δείχνουν ότι οι μεταλλαγμένες D14-3-3ε μύγες είναι στείρες. Ο φαινότυπος αυτός οφείλεται σε μη φυσιολογική μετανάστευση των πρώιμων γεννητικών κυττάρων κατά την εμβρυογένεση, που καταλήγει στο σχηματισμό γονάδων με μειωμένο αριθμό γεννητικών κυττάρων. Υπερέκφραση της πρωτεΐνης LEO δεν είναι ικανή να αναστρέψει αυτό το φαινότυπο, γεγονός που αποδεικνύει πως η πρωτεΐνη D14-3-3ε δεν είναι πλήρως ισοδύναμη με τη LEO σε ότι αφορά στη συγκεκριμένη λειτουργία. Τέλος, παρουσιάζουμε στοιχεία που δείχνουν πως η πρωτεΐνη D14-3-3ε επηρεάζει την έκφραση ή τη σταθερότητα του μεταγραφικού παράγοντα zinc-finger homeodomain-1, που αποτελεί ένα από τα κύρια ρυθμιστικά μόρια της μετανάστευσης των πολικών κυττάρων.