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MDM2 家族基因的进化。

The evolution of MDM2 family genes.

机构信息

Department of Chemistry and Biochemistry, California State University Los Angeles, 90032, USA.

出版信息

Gene. 2011 Oct 15;486(1-2):23-30. doi: 10.1016/j.gene.2011.06.030. Epub 2011 Jul 4.

Abstract

MDM2 and MDM4 are proto-oncoproteins that bind to and inhibit members of the p53 protein family, p53, p73 and possibly p63. p53 is a mammalian tumor suppressor and p63 and p73 are critical for development. With the sequencing of genomes from multiple organisms there is mounting evidence for a consensus scenario of p53 gene family evolution. A single p53/p63/p73 gene is in invertebrates and required for maintenance of germline DNA. Gene duplication occurred in an ancestor in common with cartilaginous fishes, giving rise to a separate p53 gene and at least one ancestral p63/p73 gene. In bony vertebrates, all three p53 gene family paralogs, p53, p63, and p73 are distinct genes. This raises the question of how MDM2 and MDM4 genes evolved. We show evidence that MDM2 and MDM4 arose from a gene duplication event prior to the emergence of bony vertebrates more than 440 millionyears ago. Comparative genome studies indicate that invertebrate organisms have only one MDM homolog. In jawed vertebrates, the p53-binding domains of MDM2 and MDM4 proteins evolved at a high rate, approaching the evolution rate of the MDM2-binding domain of p53. However, the MDM2-binding domain of p73 exhibits markedly stronger conservation suggesting novel p53-independent functions. The most conserved domain within all MDM2 family members is the RING domain of the MDM2 ortholog which is responsible for ubiquitination of p53 and heterodimerization with MDM4. We suggest a model where oligomerization is an ancient function of MDM and ubiquitination activity was acquired later near the MDM gene duplication event coinciding with the time of the emergence of p53 as a distinct gene.

摘要

MDM2 和 MDM4 是原癌蛋白,它们与 p53 蛋白家族的成员结合并抑制其功能,这些成员包括 p53、p73,可能还有 p63。p53 是一种哺乳动物肿瘤抑制因子,p63 和 p73 对发育至关重要。随着多个生物体基因组序列的测序,越来越多的证据表明 p53 基因家族的进化存在共识情景。在无脊椎动物中存在单个 p53/p63/p73 基因,该基因对于生殖细胞 DNA 的维持是必需的。在与软骨鱼类共同的祖先中发生了基因复制,产生了一个单独的 p53 基因和至少一个祖先 p63/p73 基因。在硬骨脊椎动物中,所有三个 p53 基因家族的旁系同源基因,即 p53、p63 和 p73,都是不同的基因。这就提出了 MDM2 和 MDM4 基因如何进化的问题。我们提供的证据表明,MDM2 和 MDM4 是在 4 多亿年前硬骨脊椎动物出现之前的基因复制事件中产生的。比较基因组研究表明,无脊椎动物只有一个 MDM 同源物。在有颌脊椎动物中,MDM2 和 MDM4 蛋白的 p53 结合域以很高的速度进化,接近 p53 的 MDM2 结合域的进化速度。然而,p73 的 MDM2 结合域表现出明显更强的保守性,提示存在新的与 p53 无关的功能。所有 MDM2 家族成员中最保守的结构域是 MDM2 同源物的 RING 结构域,该结构域负责 p53 的泛素化和与 MDM4 的异二聚化。我们提出了一个模型,即寡聚化是 MDM 的古老功能,而泛素化活性是在 MDM 基因复制事件附近获得的,这与 p53 作为一个独特基因的出现时间相吻合。

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