Or2y1f,也称为olfactory receptor family 2 subfamily Y member 1f,是人类嗅觉受体基因家族中的一个成员。嗅觉受体基因家族是人类基因组中最大的基因家族之一,负责编码嗅觉受体蛋白,这些蛋白位于嗅觉上皮的嗅觉受体细胞表面,能够识别和响应环境中各种化学物质的气味分子。Or2y1f基因位于人类染色体1上,其编码的蛋白在嗅觉识别中发挥重要作用。
Or2y1f基因的复制和丢失是动物基因组进化过程中频繁发生的事件,这些动态过程对物种间基因数量的差异做出了贡献。在基因复制后,通常两个子代基因以大致相同的速率积累序列变化。然而,在某些情况下,序列变化的积累是不均匀的,一个副本与它的同源基因相比会显著地分化。这种“非对称进化”在串联基因复制后比在全基因组复制后更为常见,并且可以产生实质上新颖的基因。例如,在蛾、软体动物和哺乳动物的复制同源盒基因中,非对称进化产生了新的同源盒基因,这些基因被招募到新的发育功能中[1]。
乳腺癌是一种异质性疾病,大多数乳腺癌病例(约70%)被认为是散发的。家族性乳腺癌(约30%的患者),通常在乳腺癌发病率高的家族中看到,与多种高、中、低外显率的易感基因有关。家族连锁研究已经确定了高外显率基因BRCA1、BRCA2、PTEN和TP53,这些基因负责遗传综合征。此外,家族和人群研究方法相结合表明,参与DNA修复的基因,如CHEK2、ATM、BRIP1(FANCJ)、PALB2(FANCN)和RAD51C(FANCO),与中度乳腺癌风险相关。乳腺癌的全基因组关联研究(GWAS)揭示了许多与乳腺癌风险略微增加或降低相关的常见低外显率等位基因。目前,只有高外显率基因被广泛用于临床实践。随着下一代测序技术的发展,预计所有家族性乳腺癌基因都将被纳入基因检测。然而,在多基因面板测试完全实施到临床工作流程之前,还需要在临床管理中度风险和低风险变异方面进行额外的研究[2]。
基因工程领域的一个核心焦点是理解细胞现象如何从基因和蛋白质的连接性中产生。这种连接性产生了类似于复杂电路的分子网络图,系统地理解这些网络需要开发描述电路的数学框架。从工程的角度来看,自然的方法是构建和分析构成网络的基本模块。近年来,测序和基因工程方面的实验进展使得这种方法成为可能,通过设计和实施适用于数学建模和定量分析的合成基因网络。这些进展标志着基因电路学科的兴起,它为预测和评估细胞过程的动力学提供了一个框架。合成基因网络也将导致细胞控制的新逻辑形式,这可能对功能基因组学、纳米技术和基因与细胞疗法具有重要意义[3]。
基因敲除产生完全丧失功能的基因型,是探测基因功能的一种常用方法。基因敲除最严重的表型后果是致死性。具有致死性敲除表型的基因被称为必需基因。基于酵母的全基因组敲除分析,基因组中高达约四分之一的基因可以是必需基因。与其他基因型-表型关系一样,基因必需性受背景效应的影响,并可能因基因-基因相互作用而变化。特别是,对于一些必需基因,由敲除引起的致死性可以通过外基因抑制因子得到挽救。这种“必需性回避”(BOE)基因-基因相互作用是一种被低估的遗传抑制类型。最近的一项系统分析显示,令人惊讶的是,裂殖酵母Schizosaccharomyces pombe中近30%的必需基因的必需性可以通过BOE相互作用来回避[4]。
基因调控网络是细胞中基因表达调控的关键机制。基因调控网络通过基因和蛋白质的相互作用来控制基因的表达,从而影响细胞的功能和发育。基因调控网络的复杂性使得理解其功能和行为变得具有挑战性,需要开发新的实验和计算方法来研究它们[5]。
基因片段是指基因序列的一部分,它们可能包含基因的一部分或全部。基因片段可以在基因表达和调控中发挥重要作用,例如,它们可以作为转录因子结合位点或miRNA的结合位点,从而影响基因的表达。此外,基因片段还可以通过基因重组产生新的基因,从而增加基因组的多样性[6]。
植物抗病反应受到抗病基因的调控。抗病基因编码的蛋白质可以识别病原体相关分子模式(PAMPs)或效应蛋白,从而激活植物的防御反应。抗病基因还可以与其他基因相互作用,形成抗病基因依赖性植物防御反应。这些反应包括细胞壁加固、抗毒素产生和抗病相关蛋白的表达等,以保护植物免受病原体的侵害[7]。
MHC基因的表达受到多种因素的调控,包括转录因子、表观遗传修饰和信号通路。转录因子如H-2RIIBP/RXR beta、NK kappa B、I-kappa B、hXBP-1和NF-Y与MHC基因启动子相互作用,影响基因的表达。表观遗传修饰,如组蛋白乙酰化和DNA甲基化,也可以影响MHC基因的表达。此外,MHC基因还受到信号通路的影响,如T细胞受体信号通路和NF-kappa B信号通路,这些信号通路可以激活或抑制MHC基因的表达[8]。
综上所述,Or2y1f基因作为人类嗅觉受体基因家族中的一个成员,在嗅觉识别中发挥着重要作用。Or2y1f基因的复制和丢失是动物基因组进化过程中频繁发生的事件,这些动态过程对物种间基因数量的差异做出了贡献。此外,Or2y1f基因的序列变化积累是不均匀的,一个副本与它的同源基因相比会显著地分化。这种“非对称进化”在串联基因复制后比在全基因组复制后更为常见,并且可以产生实质上新颖的基因。Or2y1f基因的研究有助于深入理解嗅觉受体的生物学功能和进化机制,为嗅觉相关疾病的治疗和预防提供新的思路和策略。
参考文献:
1. Holland, Peter W H, Marlétaz, Ferdinand, Maeso, Ignacio, Dunwell, Thomas L, Paps, Jordi. . New genes from old: asymmetric divergence of gene duplicates and the evolution of development. In Philosophical transactions of the Royal Society of London. Series B, Biological sciences, 372, . doi:. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/27994121/
2. Filippini, Sandra E, Vega, Ana. 2013. Breast cancer genes: beyond BRCA1 and BRCA2. In Frontiers in bioscience (Landmark edition), 18, 1358-72. doi:. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/23747889/
3. Hasty, Jeff, McMillen, David, Collins, J J. . Engineered gene circuits. In Nature, 420, 224-30. doi:. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/12432407/
4. Du, Li-Lin. 2020. Resurrection from lethal knockouts: Bypass of gene essentiality. In Biochemical and biophysical research communications, 528, 405-412. doi:10.1016/j.bbrc.2020.05.207. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32507598/
5. Davidson, Eric, Levin, Michael. 2005. Gene regulatory networks. In Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 102, 4935. doi:. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/15809445/
6. Mateles, R I. . Gene fragments. In Bio/technology (Nature Publishing Company), 10, 456. doi:. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/1368495/
7. Hammond-Kosack, K E, Jones, J D. . Resistance gene-dependent plant defense responses. In The Plant cell, 8, 1773-91. doi:. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/8914325/
8. Ting, J P, Baldwin, A S. . Regulation of MHC gene expression. In Current opinion in immunology, 5, 8-16. doi:. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/8452678/