NOG (gen)
Nogin, poznat i kao NOG, je protein koji je uključen u razvoj mnogih tjelesnih tkiva, uključujući nervno, mišiće i kosti. Kod ljudi kodiran je genom i NOG.[5] Aminokiselinska sekvenca ljudskog nogina vrlo je homologna odgovarajućojsekvenci pacova, miša i kandžaste žabe (rod vodenih žaba).
Nogin je inhibitor nekoliko morfogenetskih proteina kostiju (BMP): inhibira najmanje BMP2, BMP4, BMP5, BMP6, BMP7, BMP13 i BMP14.[6]
Ime proteina, što je slengovska riječ na engleskom jeziku za "glava", nastalo je u odnosu na njegovu sposobnost stvaranja embriona s velikim glavama kada su izloženi visokim koncentracijama.[7]
Aminokiselinska sekvenca
urediDužina polipeptidnog lanca je 232 aminokiseline, a molekulska težina 25.774 Da.[8]
10 | 20 | 30 | 40 | 50 | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
MERCPSLGVT | LYALVVVLGL | RATPAGGQHY | LHIRPAPSDN | LPLVDLIEHP | ||||
DPIFDPKEKD | LNETLLRSLL | GGHYDPGFMA | TSPPEDRPGG | GGGAAGGAED | ||||
LAELDQLLRQ | RPSGAMPSEI | KGLEFSEGLA | QGKKQRLSKK | LRRKLQMWLW | ||||
SQTFCPVLYA | WNDLGSRFWP | RYVKVGSCFS | KRSCSVPEGM | VCKPSKSVHL | ||||
TVLRWRCQRR | GGQRCGWIPI | QYPIISECKC | SC |
- Simboli
Funkcija
urediNogin je signalna molekula koja igra važnu ulogu u podsticanju somitnih obrazaca embriona u razvoju.[9] Otpušta se iz notohorde i regulira razvijajući morfogeni protein koštiju (BMP4).[10] Odsustvo BMP4 utiče na obrasce nervne cijevi i somita s nervne ploče u embrionu u razvoju. Također uzrokuje stvaranje glave i drugih leđnih struktura.[10]
Funkcija nogina potrebna je za ispravan razvoj živčanog sistema, somita i skeleta.[10] Eksperimenti na miševima pokazali su da ima ulogu i u učenju, spoznaji[11] razviju kostiju,[12] i spajanju nervne cijevi.[13] Heterozigotna misens mutacije u genu nogina može prouzrokovati deformacije kao što su fuzije zglobova i sindromi kao što je multipla sinostoza, sindrom (SYNS1) i proksimalni simfalangizam (SIM1).[10] SYNS1 se razlikuje od SYM1, uzrokujući fuzije kukova i kičmenih pršljenova.[10] Embrion može razviti i kraće kosti, propustiti bilo koji koštani element ili mu nedostajati više zglobnih dijelova.[10]
Povećani nivoi nogina u plazmi zabilježeni su kod gojaznih miševa i kod pacijenata s BMI|indeksom tjelesne mase]] preko 27.[14] Pored toga, pokazano je da iscrpljivanje nogina u masnom tkivu dovodi do gojaznosti.[15]
Mehanizam djelovanja
urediIzlučeni polipeptidni nogin, kodiran genom NOG, veže i inaktivira članove transformirajućeg faktora rasta beta (TGF-beta) proteinske signalne superporodice, kao što je morfogenetski protein kosti -4 (BMP4).
Difuzijom kroz vanćelijske matrice efikasnije od članova TGF-beta superfamilije, nogin može imati glavnu ulogu u stvaranju morfogenih gradijenata. Čini se da nogin ima plejotropne efekte, kako u ranom razvoju, tako i u kasnijim fazama.
Model nokauta
urediStudija modela nokaut-miša pratila je u kojoj je mjeri odsustvo nogina uticalo na razvoj embriona. Fokus studije bio je na formiranju uha i njegovoj ulozi u provodnom gubitku sluha. Unutrašnje uho pretrpjelo je višestruke deformacije. zahvatajući pužnjični kanal, polukružne kanale i dijelove očne jabučice. Pokazalo se da je i noginovo učešće u malformacijama indirektno, preko interakcijed s notokordom i nervnom osovinom. Prevrtanje notohorda i dezorijentacija tjelesne osi rezultira kaudalnim pomakom stražnjeg mozga u embrionskom planu tijela. Glavne signalne molekule iz rombomernih struktura zadnjeg mozga nisu mogli pravilno inducirati stvaranje unutrašnjeg uha. Ovo je odražavalo reguliranje BMP-a noginom kao glavnim izvorom deformacije, umjesto da nogin direktno utiče na razvoj unutrašnjeg uha.[16]
Specifični modeli nokauta stvoreni su sistemom Cre-lox. Model koji nogin eksprimira konkretno u adipocitima omogućio je da se utvrdi da također ima ulogu u masnom tkivu: njegovo iscrpljivanje u adipocitima uzrokuje promjene u strukturi i smeđeg i bijelog masnog tkiva, zajedno sa disfunkcijama smeđeg (poremećena termogeneza i β-oksidacija) koja rezultira dramatičnim povećanjem tjelesne težine i postotka tjelesne masti što uzrokuje promjene u lipidnom profilu i jetri; efekti se razlikuju ovisno o spolu.
Klinički značaj
urediNoginski proteini imaju ulogu u izvođenju specijaliziranih ćelija specifičnih za klicni sloj. Stvaranje neuronskih tkiva, notohorda, folikula dlake i očnih struktura proizlazi iz ektodermmnog klicnog sloja. Noginska aktivnost u mezodermu ustupa mjesto formiranju hrskavice, rasta kostiju i mišića, a u endodermu uključen je u razvoj pluća.[17]
Prisustvo nogina jako utječe na rani kraniofacijalni razvoj, u skladu sa njegovim višestrukim potrebama specifičnim za tkivo. Nogin utiče na stvaranje i rast nepca, donje vilice i lobanje, interakcijom sa stanama nervog grebena. Pokazalo se da miševi s nedostatkom NOG gena imaju izraslinu donje vilice i rascjep nepca. Sljedeća kraniofacijalna deformacija zbog odsutnosti nogina je provodni gubitak sluha, uzrokovan nekontroliranim izrastanjem i namotavanjem pužničnog kanala.[18]
Nedavno je identificirano nekoliko heterozigotnih pogrešnih mutacija ljudskih NOG mutacija u nepovezanim porodicama sa proksimalnim simfalangizmom (SYM1) i sindromom multiplih sinostoza (SYNS1); i SYM1 i SYNS1 imaju glavno svojstvo višestruke fuzije zglobova i mapiraju se u isto područje na hromosomu 17 (17q22) kao NOG. Ove mutacije ukazuju na funkcionalnu haploinsuficijenciju gdje su homozigot ni oblici embriona smrtonosni.[17]
Sve ove NOG mutacije promijenile su evolucijski konzervirane aminokiselinske ostatke.
Mutacije ovog gena povezane su s abnormalnostima srednjeg uha.[19]
Otkriće
urediNogin je prvobitno bio izoliran iz roda vodenih žaba Xenopus. Otkriće se temeljilo na sposobnosti organizma da obnovi normalnu leđno-trbušnu osovinu tijela u embrionima koji su vještački podvrgnuti ventilaciji ultraljubičastim tretmanima. Nogin je otkriven u laboratoriji Richarda M. Harlanda i Williama C. Smitha na Kalifornijskom univerzitetu, Berkeley, zbog ove sposobnosti da inducira stvaranje sekundarne osovine u embrionima žaba.[20]
Reference
uredi- ^ a b c GRCh38: Ensembl release 89: ENSG00000183691 - Ensembl, maj 2017
- ^ a b c GRCm38: Ensembl release 89: ENSMUSG00000048616 - Ensembl, maj 2017
- ^ "Human PubMed Reference:". National Center for Biotechnology Information, U.S. National Library of Medicine.
- ^ "Mouse PubMed Reference:". National Center for Biotechnology Information, U.S. National Library of Medicine.
- ^ "Entrez Gene: NOG noggin".
- ^ Blázquez-Medela AM, Jumabay M, Boström KI (maj 2019). "Beyond the bone: Bone morphogenetic protein signaling in adipose tissue". Obesity Reviews. 20 (5): 648–658. doi:10.1111/obr.12822. PMC 6447448. PMID 30609449.
- ^ Oppenheimer SB (1995). "The Discovery of Noggin". The American Biology Teacher. 57 (5): 264–266. doi:10.2307/4449989. hdl:10211.2/1126. JSTOR 4449989.
- ^ "UniProt, Q13253". Pristupljeno 24. 6. 2021.
- ^ Hirsinger E, Duprez D, Jouve C, Malapert P, Cooke J, Pourquié O (novembar 1997). "Noggin acts downstream of Wnt and Sonic Hedgehog to antagonize BMP4 in avian somite patterning". Development. 124 (22): 4605–14. PMID 9409677.
- ^ a b c d e f Marcelino J, Sciortino CM, Romero MF, Ulatowski LM, Ballock RT, Economides AN, Eimon PM, Harland RM, Warman ML (septembar 2001). "Human disease-causing NOG missense mutations: effects on noggin secretion, dimer formation, and bone morphogenetic protein binding". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 98 (20): 11353–8. doi:10.1073/pnas.201367598. PMC 58733. PMID 11562478.
- ^ Xu H, Huang W, Wang Y, Sun W, Tang J, Li D, Xu P, Guo L, Yin ZQ, Fan X (januar 2013). "The function of BMP4 during neurogenesis in the adult hippocampus in Alzheimer's disease". Ageing Research Reviews. 12 (1): 157–64. doi:10.1016/j.arr.2012.05.002. PMID 22698853. S2CID 46528212.
- ^ Potti TA, Petty EM, Lesperance MM (august 2011). "A comprehensive review of reported heritable noggin-associated syndromes and proposed clinical utility of one broadly inclusive diagnostic term: NOG-related-symphalangism spectrum disorder (NOG-SSD)" (PDF). Human Mutation. 32 (8): 877–86. doi:10.1002/humu.21515. PMID 21538686. S2CID 205920339.
- ^ Liu A, Niswander LA (decembar 2005). "Bone morphogenetic protein signalling and vertebrate nervous system development". Nature Reviews. Neuroscience. 6 (12): 945–54. doi:10.1038/nrn1805. PMID 16340955. S2CID 1005572.
- ^ Sawant A, Chanda D, Isayeva T, Tsuladze G, Garvey WT, Ponnazhagan S (april 2012). "Noggin is novel inducer of mesenchymal stem cell adipogenesis: implications for bone health and obesity". The Journal of Biological Chemistry. 287 (15): 12241–9. doi:10.1074/jbc.m111.293613. PMC 3320975. PMID 22351751.
- ^ Blázquez-Medela AM, Jumabay M, Rajbhandari P, Sallam T, Guo Y, Yao J, Vergnes L, Reue K, Zhang L, Yao Y, Fogelman AM, Tontonoz P, Lusis AJ, Wu X, Boström KI (april 2019). "Noggin depletion in adipocytes promotes obesity in mice". Molecular Metabolism. 25: 50–63. doi:10.1016/j.molmet.2019.04.004. PMC 6600080. PMID 31027994.
- ^ Bok J, Brunet LJ, Howard O, Burton Q, Wu DK (novembar 2007). "Role of hindbrain in inner ear morphogenesis: analysis of Noggin knockout mice". Developmental Biology. 311 (1): 69–78. doi:10.1016/j.ydbio.2007.08.013. PMC 2215324. PMID 17900554.
- ^ a b Krause C, Guzman A, Knaus P (april 2011). "Noggin". The International Journal of Biochemistry & Cell Biology. 43 (4): 478–81. doi:10.1016/j.biocel.2011.01.007. PMID 21256973.
- ^ Masuda S, Namba K, Mutai H, Usui S, Miyanaga Y, Kaneko H, Matsunaga T (maj 2014). "A mutation in the heparin-binding site of noggin as a novel mechanism of proximal symphalangism and conductive hearing loss". Biochemical and Biophysical Research Communications. 447 (3): 496–502. doi:10.1016/j.bbrc.2014.04.015. PMID 24735539.
- ^ Lindquist NR, Appelbaum EN, Acharya A, Vrabec JT, Leal SM, Schrauwen I (2019) A start codon variant in NOG underlies symphalangism and ossicular chain malformations affecting both the incus and the stapes. Case Rep Genet 2019:2836263
- ^ Valenzuela DM, Economides AN, Rojas E, Lamb TM, Nuñez L, Jones P, Lp NY, Espinosa R, Brannan CI, Gilbert DJ (septembar 1995). "Identification of mammalian noggin and its expression in the adult nervous system". The Journal of Neuroscience. 15 (9): 6077–84. doi:10.1523/JNEUROSCI.15-09-06077.1995. PMC 6577675. PMID 7666191.
Dopunska literatura
uredi- Polymeropoulos MH, Poush J, Rubenstein JR, Francomano CA (maj 1995). "Localization of the gene (SYM1) for proximal symphalangism to human chromosome 17q21-q22". Genomics. 27 (2): 225–9. doi:10.1006/geno.1995.1035. PMID 7557985.
- McMahon JA, Takada S, Zimmerman LB, Fan CM, Harland RM, McMahon AP (maj 1998). "Noggin-mediated antagonism of BMP signaling is required for growth and patterning of the neural tube and somite". Genes & Development. 12 (10): 1438–52. doi:10.1101/gad.12.10.1438. PMC 316831. PMID 9585504.
- Brunet LJ, McMahon JA, McMahon AP, Harland RM (maj 1998). "Noggin, cartilage morphogenesis, and joint formation in the mammalian skeleton". Science. 280 (5368): 1455–7. doi:10.1126/science.280.5368.1455. PMID 9603738.
- Krakow D, Reinker K, Powell B, Cantor R, Priore MA, Garber A, Lachman RS, Rimoin DL, Cohn DH (juli 1998). "Localization of a multiple synostoses-syndrome disease gene to chromosome 17q21-22". American Journal of Human Genetics. 63 (1): 120–4. doi:10.1086/301921. PMC 1377242. PMID 9634519.
- Smith WC (januar 1999). "TGF beta inhibitors. New and unexpected requirements in vertebrate development". Trends in Genetics. 15 (1): 3–5. doi:10.1016/S0168-9525(98)01641-2. PMID 10087923.
- Gong Y, Krakow D, Marcelino J, Wilkin D, Chitayat D, Babul-Hirji R, Hudgins L, Cremers CW, Cremers FP, Brunner HG, Reinker K, Rimoin DL, Cohn DH, Goodman FR, Reardon W, Patton M, Francomano CA, Warman ML (mart 1999). "Heterozygous mutations in the gene encoding noggin affect human joint morphogenesis". Nature Genetics. 21 (3): 302–4. doi:10.1038/6821. PMID 10080184. S2CID 652235.
- Li W, LoTurco JJ (2000). "Noggin is a negative regulator of neuronal differentiation in developing neocortex". Developmental Neuroscience. 22 (1–2): 68–73. doi:10.1159/000017428. PMID 10657699. S2CID 35547875.
- Dixon ME, Armstrong P, Stevens DB, Bamshad M (2002). "Identical mutations in NOG can cause either tarsal/carpal coalition syndrome or proximal symphalangism". Genetics in Medicine. 3 (5): 349–53. doi:10.1097/00125817-200109000-00004. PMID 11545688.
- Marcelino J, Sciortino CM, Romero MF, Ulatowski LM, Ballock RT, Economides AN, Eimon PM, Harland RM, Warman ML (septembar 2001). "Human disease-causing NOG missense mutations: effects on noggin secretion, dimer formation, and bone morphogenetic protein binding". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 98 (20): 11353–8. doi:10.1073/pnas.201367598. PMC 58733. PMID 11562478.
- Paine-Saunders S, Viviano BL, Economides AN, Saunders S (januar 2002). "Heparan sulfate proteoglycans retain Noggin at the cell surface: a potential mechanism for shaping bone morphogenetic protein gradients". The Journal of Biological Chemistry. 277 (3): 2089–96. doi:10.1074/jbc.M109151200. PMID 11706034.
- Takahashi T, Takahashi I, Komatsu M, Sawaishi Y, Higashi K, Nishimura G, Saito H, Takada G (decembar 2001). "Mutations of the NOG gene in individuals with proximal symphalangism and multiple synostosis syndrome". Clinical Genetics. 60 (6): 447–51. doi:10.1034/j.1399-0004.2001.600607.x. PMID 11846737. S2CID 29452724.
- Mangino M, Flex E, Digilio MC, Giannotti A, Dallapiccola B (mart 2002). "Identification of a novel NOG gene mutation (P35S) in an Italian family with symphalangism". Human Mutation. 19 (3): 308. doi:10.1002/humu.9016. PMID 11857750. S2CID 22940188.
- Brown DJ, Kim TB, Petty EM, Downs CA, Martin DM, Strouse PJ, Moroi SE, Milunsky JM, Lesperance MM (septembar 2002). "Autosomal dominant stapes ankylosis with broad thumbs and toes, hyperopia, and skeletal anomalies is caused by heterozygous nonsense and frameshift mutations in NOG, the gene encoding noggin". American Journal of Human Genetics. 71 (3): 618–24. doi:10.1086/342067. PMC 379196. PMID 12089654.
- Hall AK, Burke RM, Anand M, Dinsio KJ (juli 2002). "Activin and bone morphogenetic proteins are present in perinatal sensory neuron target tissues that induce neuropeptides". Journal of Neurobiology. 52 (1): 52–60. doi:10.1002/neu.10068. PMID 12115893.
- Groppe J, Greenwald J, Wiater E, Rodriguez-Leon J, Economides AN, Kwiatkowski W, Affolter M, Vale WW, Izpisua Belmonte JC, Choe S (decembar 2002). "Structural basis of BMP signalling inhibition by the cystine knot protein Noggin". Nature. 420 (6916): 636–42. doi:10.1038/nature01245. PMID 12478285. S2CID 4386654.
- Brown DJ, Kim TB, Petty EM, Downs CA, Martin DM, Strouse PJ, Moroi SE, Gebarski SS, Lesperance MM (mart 2003). "Characterization of a stapes ankylosis family with a NOG mutation". Otology & Neurotology. 24 (2): 210–5. doi:10.1097/00129492-200303000-00014. PMID 12621334. S2CID 26445733.
Vanjski linkovi
uredi- BMPedia - the Bone Morphogenetic Protein Wiki[trajno mrtav link]
- Noggin publications, gene expression data, sequences and interactants from Xenbase
- NOG lokacija ljudskog genoma UCSC Genome Browser.
NOG detalji ljudskog genoma u UCSC Genome Browser.