Важливість параметра "стать” для широкомасштабного аналізу генної експресії

Мета дослідження — визначення статі плоду за даними генної експресії зчеплених з Y-хромосомою генів і з’ясування особливостей експресії генів статевих хромосом упродовж вагітності дівчинкою і хлопчиком. Визначено 27 диференційно експресованих генів статевих хромосом, за якими відрізняються зразки...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2021
Автори:	Лихенко, O.K., Oболенська, М.Ю.
Формат:	Стаття
Мова:	Ukrainian
Опубліковано:	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2021
Назва видання:	Доповіді НАН України
Теми:	Біологія
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/180396
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Важливість параметра "стать” для широкомасштабного аналізу генної експресії / O.K. Лихенко, М.Ю. Oболенська // Доповіді Національної академії наук України. — 2021. — № 1. — С. 100-109. — Бібліогр.: 14 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-180396
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1803962021-09-21T01:26:10Z Важливість параметра "стать” для широкомасштабного аналізу генної експресії Лихенко, O.K. Oболенська, М.Ю. Біологія Мета дослідження — визначення статі плоду за даними генної експресії зчеплених з Y-хромосомою генів і з’ясування особливостей експресії генів статевих хромосом упродовж вагітності дівчинкою і хлопчиком. Визначено 27 диференційно експресованих генів статевих хромосом, за якими відрізняються зразки з ХY і ХХ генотипами. Показано, що в більшості випадків експресія генів з Х-хромосом за перебігу вагітності дівчинкою вища, ніж у разі вагітності хлопчиком, але існують винятки з цієї закономірності, які потрібно враховувати під час широкомасштабних досліджень генної експресії. Характер різниці між експресією генів зберігається впродовж усього періоду вагітності як дівчинкою, так і хлопчиком (у кого більш або менш інтенсивна), а величина різниці може залишатися незмінною або спадати від першого до третього триместру. Урахування статевого диморфізму під час аналізу широкомасштабних даних генної експресії між триместрами вагітності забезпечує збільшення кількості диференційно експресованих генів, що поліпшує інформативність дослідження і важливе для з’ясування патогенезу ускладнень вагітності, пов’язаних з дисфункцією плаценти. The aim of the study was to determine the sex of the fetus in gene expression data lacking this information using expression of the Y-linked genes, and to elucidate the difference between sex-chromosomal-linked gene expression between placental samples with XX and XY genotypes during pregnacy. We have detected 27 differentially expressed sex-chromosomes-linked genes. We have shown that, in most cases, the expression of genes from X-chromosomes in pregnancy carrying baby girls is higher than in pregnancy carrying baby boys, but there are exceptions to this pattern, which must be taken into account in large-scale studies of gene expression. The nature of the difference in gene expression during pregnancy carrying baby girls and boys (positive or ne gative difference) persists during pregnancy, but the magnitude of the difference may remain unchanged or decrease from the first to the third trimester. Taking sex dimorphism into account when analyzing large-scale gene expression data between trimesters of pregnancy increases the number of differentially expressed genes, which improves the informative value of the study and is important for elucidating the pathogenesis of pregnancy complications associated with placental dysfunction. 2021 Article Важливість параметра "стать” для широкомасштабного аналізу генної експресії / O.K. Лихенко, М.Ю. Oболенська // Доповіді Національної академії наук України. — 2021. — № 1. — С. 100-109. — Бібліогр.: 14 назв. — укр. 1025-6415 DOI: doi.org/10.15407/dopovidi2021.01.100 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/180396 577.218 uk Доповіді НАН України Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Біологія Біологія
spellingShingle	Біологія Біологія Лихенко, O.K. Oболенська, М.Ю. Важливість параметра "стать” для широкомасштабного аналізу генної експресії Доповіді НАН України
description	Мета дослідження — визначення статі плоду за даними генної експресії зчеплених з Y-хромосомою генів і з’ясування особливостей експресії генів статевих хромосом упродовж вагітності дівчинкою і хлопчиком. Визначено 27 диференційно експресованих генів статевих хромосом, за якими відрізняються зразки з ХY і ХХ генотипами. Показано, що в більшості випадків експресія генів з Х-хромосом за перебігу вагітності дівчинкою вища, ніж у разі вагітності хлопчиком, але існують винятки з цієї закономірності, які потрібно враховувати під час широкомасштабних досліджень генної експресії. Характер різниці між експресією генів зберігається впродовж усього періоду вагітності як дівчинкою, так і хлопчиком (у кого більш або менш інтенсивна), а величина різниці може залишатися незмінною або спадати від першого до третього триместру. Урахування статевого диморфізму під час аналізу широкомасштабних даних генної експресії між триместрами вагітності забезпечує збільшення кількості диференційно експресованих генів, що поліпшує інформативність дослідження і важливе для з’ясування патогенезу ускладнень вагітності, пов’язаних з дисфункцією плаценти.
format	Article
author	Лихенко, O.K. Oболенська, М.Ю.
author_facet	Лихенко, O.K. Oболенська, М.Ю.
author_sort	Лихенко, O.K.
title	Важливість параметра "стать” для широкомасштабного аналізу генної експресії
title_short	Важливість параметра "стать” для широкомасштабного аналізу генної експресії
title_full	Важливість параметра "стать” для широкомасштабного аналізу генної експресії
title_fullStr	Важливість параметра "стать” для широкомасштабного аналізу генної експресії
title_full_unstemmed	Важливість параметра "стать” для широкомасштабного аналізу генної експресії
title_sort	важливість параметра "стать” для широкомасштабного аналізу генної експресії
publisher	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
publishDate	2021
topic_facet	Біологія
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/180396
citation_txt	Важливість параметра "стать” для широкомасштабного аналізу генної експресії / O.K. Лихенко, М.Ю. Oболенська // Доповіді Національної академії наук України. — 2021. — № 1. — С. 100-109. — Бібліогр.: 14 назв. — укр.
series	Доповіді НАН України
work_keys_str_mv	AT lihenkook važlivístʹparametrastatʹdlâširokomasštabnogoanalízugennoíekspresíí AT obolensʹkamû važlivístʹparametrastatʹdlâširokomasštabnogoanalízugennoíekspresíí
first_indexed	2025-07-15T20:20:35Z
last_indexed	2025-07-15T20:20:35Z
_version_	1837745668683202560
fulltext	100 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2021. № 1: 100—109 Ц и т у в а н н я: Лихенко O.K., Oболенська М.Ю. Важливість параметра “стать” для широкомасштабного аналізу генної експресії. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2021. № 1. С. 100—109. https://doi.org/10.15407/ dopovidi2021.01.100 Зріст, розвиток і стан здоров’я плоду в пренатальний період і після народження залежать від його статі [1]. Плоди дівчаток трохи менші на початку вагітності і залишаються мен- шими впродовж вагітності [2]. Плоди хлопчиків дещо більші за розмірами впродовж ва- гітності і немовлята після народження більші за масою. Але під час вагітності хлопчиком частіше, ніж під час вагітності дівчинкою, відбуваються спонтанні викидні: у 2,5 раза на початку і в 1,25 раза всередині вагітності [3]. Фенотипові прояви статевого диморфізму зу- мовлюються експресією генів у трофектодермі, з якої в подальшому утворюється плацента, і в самій бластоцисті, які мають однаковий генотип. Плацентарний диморфізм виявляєть- ся в експресії генів статевих хромосом і аутосом. Але ця різниця зазвичай не береться до уваги під час широкомасштабного аналізу експресії генів, хоча врахування диморфізму в https://doi.org/10.15407/dopovidi2021.01.100 УДК 577.218 O.K. Лихенко, М.Ю. Oболенська Інститут молекулярної біології та генетики НАН України, Київ E-mail: Lykhenko.olexandr@gmail.com Важливість параметра “стать” для широкомасштабного аналізу генної експресії Представлено членом-кореспондентом НАН України А.В. Риндич Мета дослідження — визначення статі плоду за даними генної експресії зчеплених з Y-хромосомою генів і з’я сування особливостей експресії генів статевих хромосом упродовж вагітності дівчинкою і хлопчиком. Визначено 27 диференційно експресованих генів статевих хромосом, за якими відрізняються зразки з ХY і ХХ генотипами. Показано, що в більшості випадків експресія генів з Х-хромосом за перебігу вагітності дівчинкою вища, ніж у разі вагітності хлопчиком, але існують винятки з цієї закономірності, які потрібно враховувати під час широкомасштабних досліджень генної експресії. Характер різниці між експресією генів зберігається впродовж усього періоду вагітності як дівчинкою, так і хлопчиком (у кого більш або менш інтенсивна), а величина різниці може залишатися незмінною або спадати від першого до третього три- местру. Урахування статевого диморфізму під час аналізу широкомасштабних даних генної експресії між триместрами вагітності забезпечує збільшення кількості диференційно експресованих генів, що поліпшує інформативність дослідження і важливе для з’ясування патогенезу ускладнень вагітності, пов’язаних з дисфункцією плаценти. Ключові слова: плацента людини, транскриптом, інтегративний аналіз, стать. БІОЛОГІЯ BIOLOGY 101ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2021. № 1 Важливість параметра “стать” для широкомасштабного аналізу генної експресії експресії генів надзвичайно важливе особливо для визначення молекулярних механізмів патогенезу тих ускладнень вагітності, в яких дисфункція плаценти відіграє провідну роль, наприклад, при прееклампсії. Мета дослідження полягала у визначенні статі плоду за даними генної експресії зчеп- лених з Y-хромосомою генів і з’ясуванні особливостей експресії генів статевих хромосом впродовж вагітності дівчинкою і хлопчиком. Своєрідність методу полягає у застосуванні інтегративного підходу до даних з генної експресії в плаценті людини, наявних у відкритих базах, з метою збільшення об’єму вибірки і статистичної значущості результатів аналізу. Методи. З бази даних GEO ми завантажили дані із семи досліджень генної експресії в плаценті людини з трьох триместрів нормальної вагітності (GSE122214, GSE22490, GSE35574, GSE37901, GSE73374, GSE73685 і GSE9984), доповнили їх метаданими з власноствореної бази [4] і провели нормалізацію їх експресії. За експресією генів, зчеплених з Y-хромосомою (AMELY, DDX3Y, EIF1AY, KDM5D, NLGN4Y, PCDH11Y, RPS4Y1, TTTY11, TTTY12, TTTY14, TXLNGY, USP9Y, UTY і ZFY), ми визначили стать плоду в кожному з датасетів (табл. 1), ви- користовуючи R пакет massiR [5]. Потім об’єднали дані з експресії генів у єдину матрицю, усунувши при цьому варіативність небіологічного характеру (batch effect) за допомогою функції ComBat з пакета R sva і включили стать плоду як параметр лінійної моделі. За до- помогою узагальнених лінійних моделей з пакета R limma визначили диференційно експре- совані гени і зробили поправку на множинні порівняння експресії генів (FDR < 0,05). Ре- зультати інтеграції даних ми перевірили за допомогою аналізу принципових компонент (PCA). Статистичну достовірність різниці між експресією генів у плаценті на різних строках вагітності хлопчиком і дівчинкою визначали за допомогою one-way ANOVA і post hoc Tukey тесту для множинних порівнянь. Результати і обговорення. Різниця в експресії генів статевих хромосом у плаценті з ХY і ХХ генотипом. Ми визначили генотип у зразках плаценти за даними експресії генів, зче- плених з Y-хромосомою, відповідно розділили зразки на дві групи — з XY і ХХ генотипом і порівняли експресію генів між двома групами у зразках з кожного триместру вагітності. У результаті було виявлено 27 диференційно експресованих генів статевих хромосом і 11 генів аутосом на різних строках вагітності. У цьому дослідженні ми зосередились на ана- лізі експресії генів статевих хромосом (табл. 2), 16 з них зчеплені з Х-хромосомою і 11 — з Y-хромосомою. Таблиця 1. Кількість зразків плаценти за статтю плоду та триместрами вагітності в об’єднаних даних із семи датасетів Стать Строк вагітності Кількість зразків загалом1 2 3 4 Жіноча 7 5 11 22 45 Чоловіча 6 4 8 20 38 Кількість зразків загалом 13 9 19 42 83 Примітка. Строки вагітності: 1 — I триместр, 4—11 тижнів; 2 — ІІ триместр, 13—19 тижнів; 3 — III три- местр, пологи в межах 28—37 тижнів віднесені до дуже і помірно передчасних; 4 — III триместр, вчасні пологи, 38—42 тижні. Строки вагітності визначені згідно з міжнародною класифікацією. 102 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2021. № 1 O.K. Лихенко, М.Ю. Oболенська Та бл иц я 2. Д иф ер ен ці йн о ек сп ре со ва ні г ен и в зр іл ій п ла це нт і ( ІІ І тр им ес тр ) за р ез ул ьт ат ам и по рі вн ян ня в аг іт но ст ей д ів чи нк ою і хл оп чи ко м С им во л Н аз ва г ен а lo gF c A dj .P .V al Р оз та ш ув ан ня на х ро м ос ом і A R M C X 3♦ A rm ad ill o re pe at c on ta in in g X -l in ke d 3 – 0, 32 9 0, 02 13 98 5 X q2 2. 1 C D 99 ♦ C D 99 m ol ec ul e (X g bl oo d gr ou p) – 0, 48 8 0, 00 02 32 0 X p2 2. 32 , Y p1 1. 3 C H M C H M R ab e sc or t pr ot ei n 0, 26 51 0, 00 92 02 85 2 X q2 1. 2 D D X 3X D E A D -b ox h el ic as e 3 X -l in ke d 0, 47 18 2, 83 · 10 – 10 X p1 1. 4 D D X 3Y D E A D -b ox h el ic as e 3 Y -l in ke d – 0, 97 7 0, 00 02 05 41 Yq 11 .2 21 E IF 1A X E uk ar yo ti c tr an sl at io n in it ia ti on fa ct or 2 s ub un it g am m a 0, 42 98 0, 04 04 93 56 1 X p2 2. 11 E IF 1A Y E uk ar yo ti c tr an sl at io n in it ia ti on fa ct or 1 A Y -l in ke d – 2, 55 6 9, 63 · 10 – 27 Yq 11 .2 23 H SD 17 B 10 H yd ro xy st er oi d 17 -b et a de hy dr og en as e 10 0, 25 24 0, 01 85 02 50 7 X p1 1. 22 K D M 5C L ys in e de m et hy la se 5 C 0, 26 92 0, 00 02 37 29 7 X p1 1. 22 K D M 5D L ys in e de m et hy la se 5 D – 1, 04 3 8, 21 · 10 – 26 Yq 11 .2 23 K D M 6A L ys in e de m et hy la se 6 A 0, 58 04 4, 29 · 10 – 14 X p1 1. 3 N A A 10 N (a lp ha )- ac et yl tr an sf er as e 10 , N at A c at al yt ic s ub un it 0, 20 82 0, 01 56 86 33 7 X q2 8 P C D H 11 Y P ro to ca dh er in 1 1 Y -l in ke d – 0, 50 9 0, 00 06 30 05 Y p1 1. 2 P U D P P se ud ou ri di ne 5 ′-p ho sp ha ta se 0, 64 57 1, 67 · 10 – 6 X p2 2. 31 R P S4 Y 1 R ib os om al p ro te in S 4 Y -l in ke d 1 – 4, 59 7 8, 76 · 10 – 50 Y p1 1. 2 TT TY 14 Te st is -s pe ci fi c tr an sc ri pt , Y -l in ke d 14 – 0, 25 3 7, 13 · 10 – 5 Yq 11 .2 22 TT TY 15 Te st is -s pe ci fi c tr an sc ri pt , Y -l in ke d 15 – 1, 36 2 0, 00 34 29 89 8 Yq 11 .2 21 TX L N G Y T ax ili n ga m m a ps eu do ge ne , Y -l in ke d – 0, 83 8 2, 87 · 10 – 16 Yq 11 .2 22 — q1 1. 22 3 U B A 1 U bi qu it in li ke m od if ie r ac ti va ti ng e nz ym e 1 0, 16 63 0, 01 85 02 50 7 X p1 1. 3 U SP 9Y U bi qu it in s pe ci fi c pe pt id as e 9, Y -l in ke d – 0, 46 1 5, 44 · 10 – 5 Yq 11 .2 21 U TY U bi qu it ou sl y tr an sc ri be d te tr at ri co pe pt id e re pe at c on ta in in g, Y -l in ke d – 0, 72 2 1, 13 · 10 – 7 Yq 11 .2 21 VA M P 7♦ V es ic le a ss oc ia te d m em br an e pr ot ei n 7 – 0, 24 0, 02 50 57 66 6 X q2 8 X IS T X in ac ti ve s pe ci fi c tr an sc ri pt 1, 76 99 9, 75 · 10 – 7 X q1 3. 2 Y IP F6 Y ip 1 do m ai n fa m ily m em be r 6 0, 33 92 0, 04 04 93 56 1 X q1 2— q1 3. 1 ZF X Z in c fi ng er p ro te in X -l in ke d 0, 32 59 0, 00 21 87 01 6 X p2 2. 11 ZF Y Z in c fi ng er p ro te in Y -l in ke d – 0, 53 8 6, 10 · 10 – 5 Y p1 1. 2 П р и м іт к а. l og F c — л ог ар иф м к ра тн ос ті р із ни ці м іж з на че нн ям и ек сп ре сі ї ге ні в за п ер еб іг у ва гі тн ос ті д ів чи нк ою і х ло пч ик ом . ad j.P .V al (a dj us te d p- V al ue ) — с ко ри го ва не з на че нн я р з по пр ав ко ю н а м но ж ин ні п ор ів ня нн я ек сп ре сі ї г ен ів . П оз ит ив не з на че нн я lo gF c оз на ча є, щ о за пе ре бі гу в аг іт но ст і д ів чи нк ою е кс пр ес ія г ен а бі ль ш а за е кс пр ес ію г ен а у ра зі в аг іт но ст і х ло пч ик ом . Н ег ат ив не з на че нн я lo gF c оз на ча є, щ о за пе ре бі гу в аг іт но ст і х ло пч ик ом е кс пр ес ія г ен а бі ль ш а за е кс пр ес ію г ен а у ра зі в аг іт но ст і д ів чи нк ою . Г ен и, з че пл ен і з Х -х ро м ос ом ою і по зн ач ен і зі ро чк ою , є п ов ні ст ю ін ак ти во ва ни м и на ін ак ти во ва ні й X -х ро м ос ом і н а ві дм ін у ві д ін ш их з че пл ен их з Х -х ро м ос ом ою г ен ів , я кі у ни кл и ін ак - ти ва ці ї. У сі д иф ер ен ці йн о ек сп ре со ва ні і зч еп ле ні з X -х ро м ос ом ою г ен и, к рі м п оз на че ни х ро м бо м ♦ , е кс пр ес ую ть ся в п ла це нт і з Х Х г ен от ип ом бі ль ш ін те нс ив но , н іж у п ла це нт і з Х Y г ен от ип ом . У сі д иф ер ен ці йн о ек сп ре со ва ні з че пл ен і з Y -х ро м ос ом ою г ен и ек сп ре су ю ть ся б іл ьш ін те н- си вн о в пл ац ен ті з Х Y г ен от ип ом . 103ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2021. № 1 Важливість параметра “стать” для широкомасштабного аналізу генної експресії 12 зчеплених з Х-хромосомою генів уникають інактивації в інактивованій Х-хромосо- мі (гени-уникачі, англ. escapee). Гени-уникачі з’являються до і на стадії імплантації під час випадкової інактивації однієї з Х-хромосом у рамках міжстатевої компенсації дози генів, яка завершується до 7-го дня після запліднення. Їх кількість становить від 15 до 25 % ге- нів, зчеплених з Х-хромосомою. Глибина уникнення інактивації варіює від 5 до >75 % екс- пресії гена з активної хромосоми [6, 7]. Хоча гени-уникачі експресуються з інактивованої хромосоми зазвичай менш інтенсивно, ніж з активної хромосоми, їхня експресія додаєть ся до експресії з активної хромосоми і зумовлює більш інтенсивну експресію цих генів у пла- центі з ХХ генотипом, ніж у плаценті з ХY генотипом. Як видно з табл. 2, десять генів-уни- качів активніше експресуються в плаценті з ХХ генотипом, ніж у плаценті з ХY генотипом. Два гени, які теж уникають інактивації в інактивованій Х-хромосомі (ARMCX3 і СD99), експресуються більш інтенсивно за перебігу вагітності хлопчиком, ніж у разі вагітності дівчинкою. Один із них (СD99) хоча й уникає інактивації на Х-хромосомі, але знаходиться також і на Y-хромосомі, і, найімовірніше, це пояснює його більш активну експресію за пе- ребігу вагітності хлопчиком. Ген ARMCX3 активніше експресується за перебігу вагітності хлопчиком, ніж у разі вагітності дівчинкою. Наші дані з використанням мікроарей-техно- логії підтвердили дані РНК-секвенування щодо експресії гена ARMCX3. Пояснень цього феномену поки що немає [8]. Ген PUDP експресується значно інтенсивніше, ніж інші зче- плені з Х-хромосомою гени, крім гена XIST, що пояснюється тим, що обидва алелі транс- крибуються з однаковою інтенсивністю [9]. Два гени (XIST і YIPF6) інактивовані на інак- тивованій Х-хромосомі і, незважаючи на це, активніше експресуються в плаценті з ХХ ге нотипом, особливо це стосується гена XIST — за рахунок активної Х-хромосоми. За екс- пресією зчеплених з Y-хромосомою унікальних генів, гомологи яких відсутні на Х-хромосомі, різниця між ХY і ХХ генотипами сягає найбільших значень (logFc 1,4—5,8). Аналіз значень logFc показує, що диференційно експресовані гени в плаценті третього триместру відрізняються за величиною різниці за перебігу вагітності хлопчиком і дівчин- кою та за неоднаковою активністю генів-гомологів на Х- і Y-хромосомах (DDX3X i DDX3Y, EIF1AX i EIF1AY, KDM5C i KDM5D, KDM6A i UTY, ZFX i ZFY). В означених парах експресія гомологів на Y-хромосомі певною мірою перебільшує експресію на Х-хромосомі. Най ближ- чими за рівнем експресії є гени ZFX i ZFY, а найбільш віддалені гени в парі EIF1AX i EIF1AY, у якої експресія гомолога на Y-хромосомі значно перебільшує експресію на Х хромосомі. За перебігу вагітності хлопчиком значно інтенсивніше, ніж у разі вагітності дівчинкою, екс- пресується ген RPS4Y1. Підвищена експресія двох генів, пов’язаних з трансляцією, EIF1AY і RPS4Y, і наявність другого гена на Y-хромосомі, RPS4Y2, який теж кодує білок S4 малої су- бодиниці рибосом 40 S [10], дають підставу припустити, що трансляція в плаценті чолові- чої статі відбувається більш інтенсивно, ніж у плаценті жіночої статі, як і інші процеси, за- кодовані на Y-хромосомі в гомологічних Х/Y парах. Функції генів статевих хромосом, за експресією яких достовірно розрізняються пла- центи з ХY і ХХ генотипом. Нижче наводиться короткий перелік функцій диференційно експресованих генів статевих хромосом, визначених у результаті порівняння генної екс- пресії в зразках плаценти з ХХ і ХY генотипами. 1. Участь у регуляції експресії генів на транскрипційному і посттранскрипційному рівнях. 104 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2021. № 1 O.K. Лихенко, М.Ю. Oболенська Ген ZFX і його гомолог ZFY — це транскрипційні фактори з 13 Zn-пальцями, які мають сайти активації транскрипції, зв’язування з ДНК і локалізації в ядрі. Білок ZFX необхід- ний для самовідтворення стовбурових клітин, він є прогностичним фактором несприятли- вого розвитку пухлин, його нокаут призводить до припинення росту [11]. Його гомолог ZFY не обхідний для сперматогенезу і тимчасової інактивації хромосом під час мейозу, ZFY най- інтенсивніше експресується в яєчках і простаті. Дві лізинспецифічні деметилази деметилюють три- і диметильовані форми Lys-4 гісто- ну Н3 (KDM5C) і Lys-27 гістону Н3 (KDM6A). Деметилювання Lys-4 гістону Н3 інгібує транскрипційну активність. Ген KDM5C має паралог KDM5D на Y-хромосомі. Незважаючи на схожість у нуклеотидній послідовності, KDM5D не компенсує дефіцит KDM5C. Ген KDM6A відграє центральну роль у розвиткові задньої частини передньо-задньої осі тіла че- рез регуляцію гена HOX. Гомолог KDM6A ген UTY не має деметилазної активності і регу- лює експресію рецепторів андрогенів. DDX3X кодує АТФ-залежну РНК-хеліказу, задіяну в регуляції транскрипції, дозрі- ванні мРНК, експорті її з ядра і трансляції. Його паралог DDX3Y має високий ступінь го- мології з ним, але у разі делеції одного з них інший не компенсує дефіцит. Транскрипти обох генів визначаються в усіх тканинах, а білок DDX3Y визначається тільки в яєчках. XIST кодує довгу нетрансльовану мРНК, яка вкриває собою ту ж саму хромосому, з якої транскрибується. Разом із залученими нею білками повністю інактивує цю хромосому. Білок TXLNGX взаємодіє з білками родини синтаксинів, задіяний у транскрипції, клі- тинному циклі, альтернативному сплайсингу і метилюванні, а також у транспорті речовин за допомогою везикул. TXLNGY — псевдоген, про який немає відомостей. Ген PUDP кодує псевдоуридинову 5′-фосфатазу, яка дефосфорилює продукти дегра- дації рРНК. 2. Участь у регуляції трансляції і модифікації білків. Ген EIF1AX і його гомолог EIF1AY кодують фактор ініціації трансляції, який стабілізує зв’язування ініціаторної мет-тРНК з рибосомальною субодиницею 40 S. Гомолог EIF1AY виконує ту ж саму функцію і максимально підвищує інтенсивність трансляції в зразках з ХY генотипом. Ген RPS4Y1 кодує рибосомальний білок S4, який входить до складу 40 S субодиниці і активує мРНК для зв’язування кеп-комплексу з факторами ініціації трансляції (eIFs) і сприяє процесингу тРНК. Рибосомальний білок S4 є єдиним білком, який кодується біль- ше, ніж одним геном, а саме RPS4Y1 і RPS4Y2 та Х-зчепленим RPS4X. Три ізоформи цього білка не ідентичні, але функціонально еквівалентні [10]. Ген UBA1, зчеплений з Х-хромосомою, каталізує приєднання убіквітину (Ub) до біл- ків, які залучаються до деградації у протеасомах, а ген USP9Y регулює деубіквітинування і впливає, зокрема, на сигнальний шлях TGFβ, вкрай важливий для процесів розвитку. Убіквітин і ензими, задіяні в убіквітинуванні, беруть активну участь в обміні білків під час розвитку плаценти людини. NAA10 кодує N-кінцеву ацетилтрансферазу, каталітичну субодиницю основного комп- лексу аміноацилтрансферази А, яка приєднує ацетильну групу на N-кінець майже полови- ни білків усього протеому. Синдром розумової відсталості пов’язують з асиметричною інактивацією цього гена, коли надається перевага в процесі інактивації одній з хромосом у 105ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2021. № 1 Важливість параметра “стать” для широкомасштабного аналізу генної експресії більш ніж 50 % випадків. У разі наявності спадкової мутації в одній з алелей гена виникає ризик розвитку патології. 3. Участь у внутрішньоклітинному транспорті речовин і спрямованому русі органел. Процес внутрішньоклітинного транспорту речовин, екзоцитозу і ендоцитозу набуває особливого значення для плаценти, оскільки плацента “спілкується” одночасно з материн- ським організмом та плодом і в обох “спілкуваннях” вона є й отримувачем “послуг” і “по- стачальником” їх на відміну від будь-яких інших клітин організму, які “спілкуються” тільки із загальним кровотоком. Ген CHM кодує каталітичну субодиницю геранілгеранілтрансферази Rab білка і бере участь у приєднанні ліпофільної групи геранілгеранілізопрену до С-кінця Rab білків, які утворюють найбільшу родину мономерних ГТФаз і координують процеси транспорту в клітині, утворення везикул і спрямований рух везикул та органел, прикріплення везикул до цільових мембран. Білок VAMP7 бере участь у злитті і формуванні везикул, злитті ендосом і лізосом, транс- порті хіломікрон із ендоплазматичного ретикулума до апарату Гольджі, екзоцитозі медіа- торів у процесі дегрануляції еозинофілів і нейтрофілів, а також медіаторів клітин-убивць. Збільшення дози гена VAMP7 спричиняє підвищення активності естрогенових рецепто рів у урогенітальних тканинах людини чоловічої статі і супроводжується відповідними дефек- тами після народження. Білок PCDH11Y належить до родини протокадеринів і пов’язаний з міжклітинним роз- пізнаванням у процесі розвитку центральної нервової системи. Він розташований на ді- лянці Х/Y гомології в Y-хромосомі і має паралог на Х-хромосомі. Якщо гени DDX3Y, EIF1AY, KDM5D, RPS4Y1, TXLNGY, USP9Y, UTY, ZFY походять від давнього предка сумчастих і пла- центарних, то специфічний для людини ген PCDH11Y виник відносно недавно, 6 млн років тому, внаслідок дуплікації і транспозиції гена з Х-хромосоми. З появою цього гена пов’я- зують швидкий розвиток нервової системи у людини [12]. Білок YIPF6 пов’язаний з утворенням везикул і забезпеченням ними внутрішньоклі- тинного транспорту речовин. Через деградацію ARMCX3 за участю протеїнкінази С регу- люється розподіл мітохондрій у клітині. 4. Дані щодо інших диференційно експресованих генів статевих хромосом. Ген HSD17B10 відповідає за бета-окиснення жирних кислот, андрогенів і естрогенів, а CD99 — за адгезію Т-клітин. TTTY15 РНК — специфічна для яєчків довга нетрансльована РНК; її видалення блокує проліферацію клітин раку простати. Транскрипт псевдогена PRKY не має сенсу і руйнується. Внаслідок аномальної рекомбінації PRKY і PRKХ, які зна- ходяться в псевдоаутосомному регіоні, часто виникають ХХ генотип у осіб чоловічої статі і ХY генотип у осіб жіночої статі Експресія диференційно експресованих генів статевих хромосом впродовж вагітності. Згідно з даними наукових джерел, більшість генів, зчеплених з Х-хромосомами, мають ста- більний характер інактивації та її уникнення. Однак експресія деяких генів-уникачів змі- нюється залежно від типу тканини і стадії розвитку. Було проведено дослідження стосовно того, чи змінюється різниця в експресії між стать-залежними генами впродовж першого триместру, між 11-м і 13-м тижнями вагітності. Виявилося, що зміни, пов’язані зі строком вагітності, були меншими за різницю між статями, яка зберігалася протягом такого корот- 106 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2021. № 1 O.K. Лихенко, М.Ю. Oболенська кого періоду [8]. Ми прослідкували, як змінюється різниця в експресії визначених дифе- ренційно експресованих генів впродовж чотирьох строків вагітності. Виявилося, що ха- рактер різниці, тобто знак перед logFc залишається постійним впродовж вагітності. За ве- личиною самої різниці гени можна умовно поділити на такі: ті, у яких різниця (logFc) достовірно не змінюється впродовж вагітності, і ті, у яких вона знижується від першого до третього триместру (DDX3Y, KDM5D, RPS4Y1, USP9 і XIST) (0,02 < p < 0,05) (табл. 3). Цікавий випадок становить диференційна експресія аутосомного гена NOS3 у плаценті людини. За перебігу вагітності хлопчиком експресія гена більша, ніж у разі вагітності ді- вчинкою, і різниця між ними поступово сходить нанівець впродовж першого, другого три- местру і передчасних та вчасних пологів (logFc –0,81, –0,52, –0,36, немає різниці відпо- відно). У мишей з вимкненим NOS3 розвиваються симптоми, подібні до проявів затримки росту плоду та прееклампсії в людини [13]. В іншому дослідженні було показано, що сти муляція експресії NOS3 усуває ці прояви [14]. На підставі цих даних і результатів на- шого дослідження можна припустити, що експресія NOS3 відіграє важливішу роль за пе- ребігу вагітності хлопчиком, ніж у разі вагітності дівчинкою. Користуючись наявними даними про експресію генів у плаценті людини в першому, другому і третьому триместрах вагітності, ми провели попереднє дослідження і з’ясува ли, як впливає додавання параметра “стать” на визначення кількості диференційно експре- со ваних генів, порівнюючи зразки плаценти першого і другого триместру та другого і тре- тього триместру. Виявилося, що кількість диференційно експресованих генів зростає з 297 Таблиця 3. Диференційно експресовані гени за результатами порівняння впродовж чотирьох строків вагітності дівчинкою і хлопчиком (значення logFc) Ген Строк вагітності Розташування на хромосомі1 2 3 4 DDX3Y –3,08 –2,71 –0,52* –0,52 Yq11.221 EIF1AX — — 1,12 0,43 Xp22.12 EIF1AY –2,83 –2,96 –2,51 –2,55 Yq11.223 KDM5D –2,5 –3,14 –1,13 –1,04 Yq11.223 KDM6A 0,5 0,54* 0,74 0,58 Xp11.3 PUDP — — 0,99 0,64 Xp22.31 RPS4Y1 –5,48 –5,2 –4,72 –4,59 Yp11.2 TTY15 –1,58* –0,9 –1,45 –1,36 Yq11.221 TXLNGY –0,65* –0,51* –0,7 –0,83 Yq11.222—q11.223 USP9Y –1,92 –1,45 –0,25* –0,46 Yq11.221 UTY –0,57* –0,42* –0,66 –0,72 Yq11.221 XIST 3,5 4,94 1,61 1,76 Xq13.2 ZFY –1,03 0,54 Yp11.2 Примітка. Строки вагітності відповідають означеним у табл. 1. Достовірність різниці між показниками в плаценті чоловічої і жіночої статі позначена: прочерком — відсутність достовірної різниці, зірочкою — дані достовірні при р < 0,05, без позначки — дані достовірні при скоригованому значенні р < 0,05 з поправкою на множинні порівняння (FDR). Додатні числа означають більший рівень експресії гена за перебігу ва- гітності дівчинкою, а від’ємні — менший, ніж у разі вагітності хлопчиком. 107ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2021. № 1 Важливість параметра “стать” для широкомасштабного аналізу генної експресії до 326 генів у першому випадку і з 592 до 607 — у другому (при \|logFc\| > 1, тобто зміна крат- ності більша, ніж удвічі), що поліпшує інформативність аналізу. Висновки. Експресія генів статевих хромосом у плаценті людини відрізняється за пе- ребігу вагітності хлопчиком і дівчинкою. Інтенсивність експресії і різниця в експресії між “статями” плаценти залежить від типу гена і від строку вагітності. За експресією генів, які відповідають за ініціацію трансляції і синтез рибосомального білка, висловлюється при- пущення, що процес трансляції в плаценті чоловічої статі відбувається інтенсивніше, ніж у плаценті жіночої статі. Включення параметра “стать” у широкомасштабний аналіз експ- ресії генів забезпечує збільшення кількості диференційно експресованих генів. Реко мен ду- ється використовувати дані про стать під час широкомасштабного аналізу генної експресії для підвищення інформативності аналізу. У разі відсутності інформації про стать у літера- турних джерелах або базах даних з генної експресії її можна визначити за наявністю тран- скриптів з Y-хромосоми. Метод визначення статі за значеннями генної експресії та інтегра- тивний підхід придатні для аналізу будь-яких даних з генної експресії. Дослідження проведено в рамках бюджетної теми № 2.2.4.18 і підтримано Національною академією наук України. ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА 1. Di Renzo G. C., Rosati A., Sarti R. D., Cruciani L., Cutuli A. M. Does fetal sex affect pregnancy outcome? Gend. Med. 2007. 4, № 1. Р. 19—30. https://doi.org/10.1016/s1550-8579(07)80004-0 2. Peacock J. L., Marston L., Marlow N., Calvert S. A., Greenough A. Neonatal and infant outcome in boys and girls born very prematurely. Pediatr. Res. 2012. 71, № 3. P. 305—310. https://doi.org/10.1038/pr.2011.50 3. Byrne J., Warburton D. Male excess among anatomically normal fetuses in spontaneous abortions. Am. J. Med. Genet. 1987. 26, № 3. P. 605—611. https://doi.org/10.1002/ajmg.1320260315 4. Lykhenko O. K., Frolova A. O., Obolenskaya M. Yu. Creation of gene expression database on preeclamp sia- affected human placenta. Biopolym. Cell. 2017. 33, № 6. P. 442—452. https://doi.org/10.7124/bc.000967 5. Buckberry S., Bent S. J., Bianco-Miotto T., Roberts C. T. massiR: a method for predicting the sex of samples in gene expression microarray datasets. Bioinformatics. 2014. 30, № 14. P. 2084—2085. https://doi. org/10.1093/bioinformatics/btu161 6. Carrel L., Willard H. F. X-inactivation profile reveals extensive variability in X-linked gene expression in females. Nature. 2005. 434, № 7031. P. 400—404. https://doi.org/10.1038/nature03479 7. Moreira de Mello J. C., Fernandes G. R., Vibranovski M. D., Pereira L. V. Early X chromosome inactivation during human preimplantation development revealed by single-cell RNA-sequencing. Sci. Rep. 2017. 7. 10794. 12 р. https://doi.org/10.1038/s41598-017-11044-z 8. Gonzalez T. L., Sun T., Koeppel A. F., Lee B., Wang E. T., Farber C. R., Rich S. S., Sundheimer L. W., Buttle R. A., Chen Y.-D. I., Rotter J. I., Turner S. D., Williams J., Goodarzi M. O., Pisarska M. D. Sex differences in the late first trimester human placenta transcriptome. Biol. Sex Differ. 2018. 9, № 1. 4, 23 р. https://doi.org/10.1186/s13293-018-0165-y 9. Garieri M., Stamoulis G., Blanc X., Falconnet E., Ribaux P., Borel C., Santoni F., Antonarakis S. E. Extensive cellular heterogeneity of X inactivation revealed by single-cell allele-specific expression in human fibroblasts. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2018. 115, № 51. P. 13015—13020. https://doi.org/10.1073/pnas.1806811115 10. Andrés O., Kellermann T., López-Giráldez F., Rozas J., Domingo-Roura X., Bosch M. RPS4Y gene family evolution in primates. BMC Evol. Biol. 2008. 8. 142. https://doi.org/10.1186/1471-2148-8-142 11. Ni W., Perez A. A., Schreiner S., Nicolet C. M., Farnham P. J. Characterization of the ZFX family of transcription factors that bind downstream of the start site of CpG island promoters. Nucleic Acids Res. 2020. 48, № 11. P. 5986—6000. https://doi.org/10.1093/nar/gkaa384 12. Cortez D., Marin R., Toledo-Flores D., Froidevaux L., Liechti A., Waters P. D., Grützner F., Kaessmann H. Origins and functional evolution of Y chromosomes across mammals. Nature. 2014. 508, № 7497. P. 488—493. 108 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. akad. nauk Ukr. 2021. № 1 O.K. Лихенко, М.Ю. Oболенська 13. Pallares P., Perez-Solana M. L., Torres-Rovira L., Gonzalez-Bulnes A. Phenotypic characterization by high- resolution three-dimensional magnetic resonance imaging evidences differential effects of embryo genotype on intrauterine growth retardation in NOS3-deficient mice. Biol. Reprod. 2011. 84, № 5. P. 866—871. https:// doi.org/10.1095/biolreprod.110.088534 14. Younes S. T., Maeda K. J., Sasser J., Ryan M. J. The glucagon-like peptide 1 receptor agonist liraglutide attenuates placental ischemia-induced hypertension. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 2020. 318, № 1. P. H72—H77. https://doi.org/10.1152/ajpheart.00486.2019 Надійшло до редакції 26.01.2021 REFERENCES 1. Di Renzo, G. C., Rosati, A., Sarti, R. D., Cruciani, L. & Cutuli, A. M. (2007). Does fetal sex affect pregnancy outcome? Gend. Med., 4, No. 1, pp. 19-30. https://doi.org/10.1016/s1550-8579(07)80004-0 2. Peacock, J. L., Marston, L., Marlow, N., Calvert, S. A. & Greenough, A. (2012). Neonatal and infant outcome in boys and girls born very prematurely. Pediatr. Res., 71, No. 3, pp. 305-310. https://doi.org/10.1038/ pr.2011.50 3. Byrne, J. & Warburton, D. (1987). Male excess among anatomically normal fetuses in spontaneous abo- rtions. Am. J. Med. Genet., 26, No. 3, pp. 605-611. https://doi.org/10.1002/ajmg.1320260315 4. Lykhenko, O. K., Frolova, A. O. & Obolenskaya, M. Yu. (2017). Creation of gene expression database on preeclampsia-affected human placenta. Biopolym. Cell, 33, No. 6, pp. 442-452. https://doi.org/10.7124/ bc.000967 5. Buckberry, S., Bent, S. J., Bianco-Miotto, T. & Roberts, C. T. (2014). massiR: a method for predicting the sex of samples in gene expression microarray datasets. Bioinformatics, 30, No. 14, pp. 2084-2085. https://doi. org/10.1093/bioinformatics/btu161 6. Carrel, L. & Willard, H. F. (2005). X-inactivation profile reveals extensive variability in X-linked gene expression in females. Nature, 434, No. 7031, pp. 400-404. https://doi.org/10.1038/nature03479 7. Moreira de Mello, J. C., Fernandes, G. R., Vibranovski, M. D. & Pereira, L. V. (2017). Early X chromosome inactivation during human preimplantation development revealed by single-cell RNA-sequencing. Sci. Rep., 7, 10794. https://doi.org/10.1038/s41598-017-11044-z 8. Gonzalez, T. L., Sun, T., Koeppel, A. F., Lee, B., Wang, E. T., Farber, C. R., Rich, S. S., Sundheimer, L. W., Buttle, R. A., Chen, Y.-D. I., Rotter, J. I., Turner, S. D., Williams, J., Goodarzi, M. O. & Pisarska, M. D. (2018). Sex differences in the late first trimester human placenta transcriptome. Biol. Sex Differ., 9, No. 1, 4. https:// doi.org/ 10.1186/s13293-018-0165-y 9. Garieri, M., Stamoulis, G., Blanc, X., Falconnet, E., Ribaux, P., Borel, C., Santoni, F. & Antonarakis, S. E. (2018). Extensive cellular heterogeneity of X inactivation revealed by single-cell allele-specific expression in human fibroblasts. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 115, No. 51, pp. 13015-13020. https://doi.org/ 10.1073/ pnas.1806811115 10. Andrés, O., Kellermann, T., López-Giráldez, F., Rozas, J., Domingo-Roura, X. & Bosch, M. (2008). RPS4Y gene family evolution in primates. BMC Evol. Biol., 8, 142. https://doi.org/ 10.1186/1471-2148-8-142 11. Ni, W., Perez, A. A., Schreiner, S., Nicolet, C. M. & Farnham, P. J. (2020). Characterization of the ZFX family of transcription factors that bind downstream of the start site of CpG island promoters. Nucleic Acids Res., 48, No. 11, pp. 5986-6000. https://doi.org/ 10.1093/nar/gkaa384 12. Cortez, D., Marin, R., Toledo-Flores, D., Froidevaux, L., Liechti, A., Waters, P. D., Grützner, F. & Kaessmann, H. (2014). Origins and functional evolution of Y chromosomes across mammals. Nature, 508, No. 7497, pp. 488–493. 13. Pallares, P., Perez-Solana, M. L., Torres-Rovira, L. & Gonzalez-Bulnes, A. (2011). Phenotypic characteriza- tion by high-resolution three-dimensional magnetic resonance imaging evidences differential effects of embryo genotype on intrauterine growth retardation in NOS3-deficient mice. Biol. Reprod., 84, No. 5, pp. 866-871. https://doi.org/10.1095/biolreprod.110.088534 14. Younes, S. T., Maeda, K. J., Sasser, J. & Ryan, M. J. (2020). The glucagon-like peptide 1 receptor agonist liraglutide attenuates placental ischemia-induced hypertension. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol., 318, No. 1, pp. H72-H77. https://doi.org/10.1152/ajpheart.00486.2019 Received 26.01.2021 109ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2021. № 1 Важливість параметра “стать” для широкомасштабного аналізу генної експресії O.K. Lykhenko, M.Yu. Obolenskaya Institute of Molecular Biology and Genetics of the NAS of Ukraine, Kyiv E-mail: Lykhenko.olexandr@gmail.com THE KNOWLEDGE OF CHROMOSOMAL SEX IS IMPORTANT FOR LARGE-SCALE ANALYSIS OF GENE EXPRESSION The aim of the study was to determine the sex of the fetus in gene expression data lacking this information us- ing expression of the Y-linked genes, and to elucidate the difference between sex-chromosomal-linked gene expression between placental samples with XX and XY genotypes during pregnacy. We have detected 27 dif- ferentially expressed sex-chromosomes-linked genes. We have shown that, in most cases, the expression of genes from X-chromosomes in pregnancy carrying baby girls is higher than in pregnancy carrying baby boys, but there are exceptions to this pattern, which must be taken into account in large-scale studies of gene expression. The nature of the difference in gene expression during pregnancy carrying baby girls and boys (positive or ne gative difference) persists during pregnancy, but the magnitude of the difference may remain unchanged or decrease from the first to the third trimester. Taking sex dimorphism into account when analyzing large-scale gene expression data between trimesters of pregnancy increases the number of differentially expressed genes, which improves the informative value of the study and is important for elucidating the pathogenesis of preg- nancy complications associated with placental dysfunction. Keywords: human placenta, transcriptome, integrative analysis, sex.

Важливість параметра "стать” для широкомасштабного аналізу генної експресії

Репозитарії

Схожі ресурси