A new kinesin tree 117,No 1, 3-7 (2004) | |
|
Members of the kinesin motor family transport organelles and vesicles along microtubules and have essential roles in chromosome movement and spindle function. The completion of the genome sequences of humans and several model organisms has increased the number of known members of this family. Elise Dagenbach and Sharyn Endow therefore provide an updated version of the kinesin phylogenetic tree, including details of how previously unclassified kinesins can be assigned to different groups and analyses of the divergence in the conserved motifs evident in these motors.
 Рис.1. Табл.1. Analysis of previously unclassified kinesin proteins for assignment to groups Табл.2.Motifs not noted above were present in the proteins. |
Новое филогенетическое древо кинезинов было пересмотрено в отношении семейства кинезиновых микротубулярных моторных белков (Kim and Endow, 2000) (см. также Miki et al., 2001; Lawrence et al., 2002), это было вызывано недавним завершением расшифровки геномных последовательностей человека и некоторых модельных животных. Кинезиновые моторы гидролизуют АТФ , т.к. они движутся вдоль микротрубочек, транспортируя пузырьки и органеллы (Hirokawa, 1998) и осуществляя существенную роль в подвижности хромосом, а также в сборке и функционировании веретена (Inoue and Salmon, 1995; Endow, 1999; Sharp et al., 2000). Новое древо кинезинов включает 155 белков от 11 видов, среди них Plasmodium falciparum, Saccharomyces cerevisiae, Caenorhabditis elegans, Drosophila melanogaster, Homo sapiens и Arabidopsis thaliana. Заметным признакоам нового древа является появление нескольких новых групп, состоящих только из белков Arabidopsis, которые показывают, что кинезиновые моторы м. иметь более широкий круг функций у высших растений, чем у др. организмов.
Древо построено экономными методами с использованием PAUP v. 4.0b10 (Swofford, 2002) из последовательностей, находящихся в доменах кинезиновых моторов, полученных CLUSTAL W (Thompson et al., 1994) и очищенных вручную. Древо-строящие испытания с ипользованием эвристических поисковых методов со случайным ступенчатым добавлением, `tree-bisection-reconnection' (TBR) ветвь перекачки (swapping) и максимум and maximum экономных параметров. Древо включает белки основатели от ранее идентифицированных кинезиновых групп и является произвольно укоренённым (rooted) с использованием ScSmy1 в качестве outgroup белка. ScSmy1 не считается родоначальным кинезином, но имеет сильно отличающиеся последовательности моторного домена по сравнению с теми, что у дрю кинезиновых белков. Величиной близости к узлам являются проценты 1810 первоначально запущенных (bootstrap) испытаний, осуществлянных в PAUP с использованием целиком эувристических методов, в которых белки справа были сгруппированы вместе. Bootstrap значения равные или более 90% составляли доверительный интервал, по которому белки группировались как ортологи или паралоги, тогда как более низкие значения указывали на меньшую определенность. Горизонтальные длинные веточки соответствовали количеству изменений, необходимых для обяснения различий в последовательностях белков, как показано на на шкале внизу. Древо является одним из двух оптимальных дерев, наиденных в 600 tree-building испытаниях, оно имет общую длину более 17,867.
Деревтя строили также в PAUPс использованием алгоритма neighbor-joining. Дистанционные методы менее строги, чем экономные методы, но имеют преимущества в том, что менее требовательны к анализу больших наборов данных. Деревья, построенные методом neighbor-joining, обнаруживают те же самые группы, что и maximum parsimony деревья, но некоторые группы не включают белки, ранее классифицированные как члены этих групп. Напр., AtKCBP, minus-end-directed кинезиновый мотор с C-терминальным моторным доменом (Song et al., 1997), не попадает в группу C-терминальных моторов в neighbor-joining дереве, но включается в группу в maximum parsimony древе. Т.о. мы представили maximum parsimony древо скорее, чем neighbor-joining древо в качестве предоставления эволюционных взаимоотношений кинезиновых белков.
В древе 5 групп KRP85/95, ChrKin/KIF4, BimC, C-terminal motor и CENP-E kinesins, имеющие значения bootstrap <90% при parsimony анализе. Значения bootstrap при neighbor-joining анализе двух из этих групп, KRP85/95 и ChrKin/KIF4, были 100% и 95%, соотв., это подтверждает их классификацию как групп. Значения bootstrap группы BimC было только 85% и 86% при parsimony и distance анализе, соотв. Анализ новых белков в группе показал высокую идентичность последовательностей (>50%) между их моторными доменами и что AnBimC, это член основатель группы (Table 1), который подтверждает их классификацию как членов группы. Новый P. falciparum kinesin, PfMAL3P6.13, имеет только 37.0% идентичных последовательностей с AnBimC в соём моторном домене, но он включён в группу на базе паттерна ветвления. Его отнесение к группе BimC д. безусловно указывать на родственнве функциональные и структурные свойства белка, котгда эта информация станет доступной. Группа C-terminal motor, которая содержит все известные направляющиеся к минус концу кинезиновые моторы, в противоположность plus-end-directed кинезинам вне группы, м.б. лишены высокого занчения bootstrap из-за дивергенции внутри группы. Белки в этой группе имеют общим C-терминальный моторный домен и законсервированную шеечную область (Table 1). Два белка Arabidopsis в группе, AtT12M4.14 и AtF15A18.10, имеют N-terminal вместо C-терминального моторные домены, которые чадч.ься или новым свойством некоторых белков в группе или с неправильной сборкой сохранившихся последовательностей. Помещение этих двух белков в данную группу C-terminal моторов подтверждается высокой идентичностью последовательностей у AtKatD и законсервированной шейкой у AtF15A18.10 (Table 1).
Новая CENP-E содержит кинетохорный мотор HsCENP-E в качестве своего члена основателя. Два белка A. thaliana, AtZCF125 и AtF14P13.22, включены благодаря 95% значениям bootstrap в группу CENP-E при neighboring-joining анализе, но не при maximum parsimony анализе. Белки Drosophila DmCmeta и DmCana, как полагают, родственны HsCENP-E, на базе идентичности последовательностей и функционального анализа (Yucel et al., 2000), но помещение этих двух белков в группу CENP-E пока не подтверждено ни neighbor-joining, ни maximum parsimony анализом возможно из-за отсутствия промежуточного taxa. Классификация белков Drosophila в качестве членов этой группы базируется на функциональном сходстве и идентичности последовательностей (в случае DmCmeta) с CENP-E (Table 1).
Новое древо включает 60 A. thaliana белков, 21 из которых попадают в группу C-terminal моторов. Arabidopsis, как считают, лишена axonemal и цтоплазматических dyneins (Lawrence et al., 2001), а minus-end-directed кинезины м. осуществлять функции, выполняемые динеинами у др. организмов. Две новых A. thaliana группы, обозначены здесь как At1 и At2, также как и некоторые небольгие группы, появившиеся на новом древе с bootstrap значениями 95-100%. At1 и At2 содержат 8 и 5 белков, соотв. Белки в этих группах имеют N-терминальные моторные домены с высокими идентичными последовательностями с ранними branching членами группы (Table 1).
Кинезины, которые сгруппированы вместе, как полгадют, выполняют сходные функции, хотя эта идея м. измениться, т.к. когда функция большинства кинезинов станет известной. Группы зашифрованы цветом в соответствии с функцией (красный представляет подвижность хромосом/веретена, а зеленый представляет транспорт пузырьков/органелл). Группа MCAK/KIF2 group (оранжевый) включает белки, которые как полагают, выполняет обе функции. Функции белков At1 и At2 неизвестны; группы поэтому не окрашены. Цветовое кодирование групп древа указывает на то, что ранее неклассифицированные белки выполняют роли, сходные с теми, что у белков с известными функциями, но анализ их клеточных функций по-врежнему необходим.
Дальнейшие методы, используемые для построения древ описаны в др. работах (Goodson et al., 1994; Moore and Endow, 1996). Древо не включает все известные кинезины, но сожзержит все кинезины (на July 2003) с известными последовательностями, представленными в базах данных по модельными организмам P. falciparum, S. cerevisiae, C. elegans, D. melanogaster, H. sapiens and A. thaliana, чьи геномы полностью секвенированы. We could not control for misassembled sequences deposited into the public databases or entries from contaminating DNA in the sequenced genomes. Некоторые из белков, которые были проанализированы, обнаруживают расхождение последовательностей законсервированных мотивов (Table 2). Альтернативные названия белков и белковых групп были опубликованы ранее (Miki et al., 2001; Vale and Fletterick, 1997) и их м. найти также на Kinesin Home Page [ (E. A. Greene, S. Henikoff and S. A. Endow, 1996)], которые свзывают базы данных по белкам и ДНК вместе и имеют дополнительную информацию о кинезиновых белках.
|