PEV: Формирование гетерохроматина и сайленсинг генов у различных организмов
Явление мозаицизма, обусловленного эффектом положения (PEV), первоначально было установлено на Drosophila просто потому, что это был один из первых организмов, на которых для получения мутаций было использовано Х-излучение. Х-излучение с гораздо большей вероятностью, чем другие обычно используемые мутагены, индуцирует хромосомные перестройки, результатом которых может быть PEV. Сходные мутации были изолированы у мышей, где пятнистая окраска меха указывает на PEV. Генетический анализ выявил вставку аутосомного района, несущего аллели дикого типа генов окраски меха, в Х-хромосому ( Cattanach, 1961 ; Russel and Bangham, 1961 ). Мозаичность наблюдается только у самок, несущих эту вставку в сочетании с гомозиготной мутацией в исходных генах окраски меха. У этих самок аллель дикого типа становится инактивированной вследствие Х-инактивации путем гетерохроматинизации (см. главу Компенсация дозы у млекопитающих ). У растений единственный несомненный случай PEV был описан у Oenothera blandina ( Catcheside, 1939 ). В этих случаях, как и у Drosophila, PEV-сайленсинг эухроматиновых генов связан с перемещением этих генов в новое гетерохроматиновое окружение.
Транскрипционный сайленсинг генов наблюдали также для повторяющихся последовательностей ( RIGS ; repeat-induced gene silencing), особенно у растений. Анализ затрагиваемых последовательностей обнаружил появление эпигенетических меток (метилирование гистонов и ДНК), аналогичных тем, которые обнаруживаются в гетерохроматине и в районах, сайленсированных PEV. Если ввести в Arabidopsis фрагменты ДНК, содержащие тандемно расположенные гены люциферазы, наблюдается мозаичная экспрессия люциферазы. Опять-таки, за наблюдаемый сайленсинг генов отвечает формирование гетерохроматина. Лежащие в основе этого молекулярные механизмы консервативны у высших эукариотических организмов.
Центральной особенностью сайленсинга гетерохроматиновых генов у Drosophila является взаимодействие НР1 с НЗК9me2 и НКМТ SU(VAR)3-9 . НР1 консервативен от дрожжей Schizosaccharomyces pombe до человека и неизменно связан с перицентромерным гетерохроматином. Гены НР1 человека можно использовать для "спасения" нехваток [deficiency] у Drosophila ( Ma et al., 2001 ). Однако у растений НР1 как таковой не был идентифицирован. SU(VAR)3-9 представлен еще более широко, будучи идентифицирован у дробянковых дрожжей ( Clr4 ), Neurospora ( DIM5 ), Arabidopsis и млекопитающих ( SUV39H ). Все эти гомологи (SU(VAR)3-9 катализируют метилирование НЗК9 и функционируют в формировании гетерохроматина. Опять-таки, транс-ген SUV39H1 человека может полностью компенсировать утрату эндогенного белка в мутантных линиях Drosophila ( Schotta et al., 2002 ). У высших растений (Arabidopsis, рис и кукуруза) обнаружено несколько белков (SUVH) , гомологичных SU(VAR)3-9 ( Baumbusch et al., 2001 ). Большое число HKMTs может отражать пластичность развития у растений или необходимость реагировать на факторы внешней среды. Четыре белка SUVH - SUVH1, SUVH2, SUVH4 (KYP) и SUVH6 - были изучены детально ( Jackson et al., 2002 ; Naumann et al., 2005 ). Bсe они оказались метилтрансферазами H3K9 гистонов. SUVH2 играет центральную роль в контроле состояний гетерохроматина, обнаруживая зависимое от дозы влияние на формирование гетерохроматина, подобное тому, что сообщалось для SU(VAR)3-9 Drosophila ( Naumann et al., 2005 ). Утрата функции SUVH2 сильно подавляет зависимый от повторов сайленсинг, а сверхэкспрессия вызывает значительное усиление такого сайленсинга у растений с люциферазными трансгенами.
Другие гены, идентифицированные с помощью мутаций Su(var) Drosophila, кодируют белки с консервативными функциями. НКМТ SUV4-20 была охарактеризована у млекопитающих и у Drosophila ( Schotta et al., 2004 ). У этих организмов она контролирует триметилирование по Н4К20. Деметилазы гистонов, ацетилазы и деацетилазы также являются консервативными. Эволюционный консерватизм многих ключевых энзимов, контролирующих модификацию гистонов, говорит в пользу идеи гистонового кода ( Jenuwein and Allis, 2001 ). Однако изучение специфичных для хроматина меток модификации гистонов, наблюдающихся у Drosophila, млекопитающих и растений (Arabidopsis), выявляет и некоторые специфичные для рода элементы.
В число существенных признаков конститутивного гетерохроматина у млекопитающих входят НЗК9meЗ , H3K27me1 и Н4К20meЗ ( Peters et al., 2003 ; Rice et al., 2003 ; Schotta et al., 2004 ). Гетерохроматин Drosophila характеризуется H3K9me1/me2, H3K27me1/me2/me3 и H4K20me3 ( Schotta et al., 2002 , Schotta et al., 2004 ; Ebert et al., 2004 ). В противоположность млекопитающим у Drosophila H3K9me3 недопредставлен. У млекопитающих H3K9me1 не является меткой гетерохроматина. У Arabidopsis, как у Drosophila, H3K9me1/me2 - метки гетерохроматина, тогда как НЗК9meЗ - эухроматиновая метка ( Naumann et al., 2005 ). H3K27me1 и H3K27me2 являются гетерохроматиновыми метками у Arabidopsis, тогда как эти же метки у Drosophila обнаруживаются в эухроматине и гетерохроматине. НЗК27meЗ - исключительно эухроматиновая метка у Arabidopsis. H4K20me1 у Arabidopsis является гетерохроматиновым, но Н4К20me2 и Н4К20meЗ - эухроматиновыми. Еще одно бросающееся в глаза различие между Arabidopsis и животными касается хромосомного распределения фосфорилирования H3S10. Эта метка является гетерохроматиновой у Arabidopsis, но эухроматиновой у Drosophila ( Wang et al., 2001 ; Ebert et al., 2004 ). Сходство и различие в специфичных для гетерохроматина метках модификации гистонов между млекопитающими, Drosophila и Arabidopsis несомненно указывают на то, что гистоновый код не является полностью универсальным, а, скорее, существует в виде разных диалектов.
Смотрите также:
