基因Rem1,全称为Recombination Enhancer 1,是一种在多种生物中发现的基因,它在基因重组和修复中发挥重要作用。在酵母菌(如酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae和裂殖酵母Schizosaccharomyces pombe)中,Rem1基因的突变会导致细胞表现出高水平的自发有丝分裂重组和突变,这种现象被称为"hyper-recombinational"表型[1,3]。Rem1基因的这种突变通过遗传作图、与克隆的野生型基因互补以及DNA杂交等实验被鉴定为RAD3基因的等位基因[1]。RAD3基因在酵母菌的紫外线(UV)损伤修复和细胞存活中至关重要[1]。
在裂殖酵母中,Rem1基因的表达受到转录和剪接的调控,编码两种具有不同功能的蛋白质。这些蛋白质在减数分裂过程中表达,对细胞周期进程和重组有重要作用[4,5]。Rem1的表达受到两个叉头家族转录因子Mei4和Fkh2的调控,其中Mei4促进转录和剪接,而Fkh2则在营养生长和减数分裂S前期阶段负责转录本的保留[4]。此外,Rem1的表达还受到3' RNA加工的调控,其中存在一个负调控区域(NCR),该区域在增殖细胞中阻止3' RNA加工,但在减数分裂过程中被解除抑制[5]。
除了在酵母菌中的作用外,Rem1基因在植物中也具有重要作用。例如,在拟南芥中,REM1.3蛋白的磷酸化状态决定了其在质膜纳米结构域的组织和活性,这对于限制病毒在细胞间的传播至关重要[2]。REM1.3蛋白的磷酸化状态通过调节质膜上的钙依赖性激酶的活性,影响植物对病毒的免疫反应[2]。
在Chlamydomonas reinhardtii中,REM1是一个新型的长末端重复(LTR)逆转座子,具有可诱导的转座活性。该逆转座子与Ty3-gypsy LTR逆转座子具有系统发育关系,并具有新的结构特征,包括一个反向转录的调节模块ORF3p,其包含PHD手指和染色质域,可能赋予其目标位点的特异性[6]。
在木本植物Populus trichocarpa中,PtCP5是一种半胱氨酸蛋白酶,参与种子萌发和花粉发育。PtCP5在质膜上存在,并与质膜标记REM1.3共定位[7]。REM1.3蛋白在质膜上的定位和组织与植物对病毒的免疫反应有关[2]。
在Brassica napus中,BnaREM基因家族的成员对非生物胁迫和植物激素反应敏感。BnaREM基因的转录本在植物的不同组织和发育阶段中广泛表达,并且对脱落酸(ABA)、盐和渗透胁迫有响应[8]。
在哺乳动物中,Rem1基因的同源基因Rad在糖尿病和骨折不愈合等疾病中可能发挥重要作用。在糖尿病大鼠中,Rad基因表达上调,可能参与骨折不愈合的发展[9]。
综上所述,Rem1基因及其同源基因在真核生物的基因重组、修复、发育和免疫反应中发挥着重要作用。Rem1基因的表达和功能受到多种机制的精细调控,包括转录、剪接、3' RNA加工和磷酸化等。Rem1基因的研究有助于深入理解基因重组和修复的分子机制,以及其在生物发育和疾病发生中的作用。
参考文献:
1. Montelone, B A, Hoekstra, M F, Malone, R E. . Spontaneous mitotic recombination in yeast: the hyper-recombinational rem1 mutations are alleles of the RAD3 gene. In Genetics, 119, 289-301. doi:. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/2840336/
2. Perraki, Artemis, Gronnier, Julien, Gouguet, Paul, Mongrand, Sébastien, Germain, Véronique. 2018. REM1.3's phospho-status defines its plasma membrane nanodomain organization and activity in restricting PVX cell-to-cell movement. In PLoS pathogens, 14, e1007378. doi:10.1371/journal.ppat.1007378. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/30419072/
3. Malone, R E, Hoekstra, M F. . Relationships between a hyper-rec mutation (REM1) and other recombination and repair genes in yeast. In Genetics, 107, 33-48. doi:. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/6373496/
4. Moldón, Alberto, Malapeira, Jordi, Gabrielli, Natalia, Seidel, Chris, Ayté, José. 2008. Promoter-driven splicing regulation in fission yeast. In Nature, 455, 997-1000. doi:10.1038/nature07325. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/18815595/
5. Potter, Kristine, Cremona, Nicole, Sunder, Sham, Wise, Jo Ann. 2012. A dominant role for meiosis-specific 3' RNA processing in controlling expression of a fission yeast cyclin gene. In RNA (New York, N.Y.), 18, 1408-20. doi:10.1261/rna.033423.112. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/22647846/
6. Pérez-Alegre, Mónica, Dubus, Alain, Fernández, Emilio. . REM1, a new type of long terminal repeat retrotransposon in Chlamydomonas reinhardtii. In Molecular and cellular biology, 25, 10628-38. doi:. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/16287873/
7. Liu, Xiatong, Mo, Lijie, Guo, Xiaorui, Liu, Di, Lu, Hai. 2021. How Cysteine Protease Gene PtCP5 Affects Seed Germination by Mobilizing Storage Proteins in Populus trichocarpa. In International journal of molecular sciences, 22, . doi:10.3390/ijms222312637. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34884443/
8. Sun, Nan, Zhou, Jiale, Liu, Yanfeng, Zhang, Hongxia, Wang, Limin. 2024. Genome-wide characterization of Remorin gene family and their responsive expression to abiotic stresses and plant hormone in Brassica napus. In Plant cell reports, 43, 155. doi:10.1007/s00299-024-03240-9. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38814469/
9. Oda, Takahiro, Niikura, Takahiro, Fukui, Tomoaki, Matsushita, Takehiko, Kuroda, Ryosuke. 2019. Ras associated with diabetes may play a role in fracture nonunion development in rats. In BMC musculoskeletal disorders, 20, 602. doi:10.1186/s12891-019-2970-9. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31830958/