Два типа cis-действующего сайленсинга
Два типа cis-действующего сайленсинга, идентифицированного в кластерах импринтированных генов.
В настоящее время предполагается, что импринтингом в разных кластерах управляют два класса cis-действующих механизмов сайленсинга: это модель инсулятора, приложимая к кластеру Igf2 , и модель опосредованного ncRNA сайленсинга, приложимая к кластерам Igf2r и Kcnq1 . Хотя это еще не полностью определено, большинство кластеров, перечисленных в табл. 19.2 , демонстрируют те или иные аспекты одной из двух моделей. Прорывом, приведшим к определению модели инсулятора в локусе Igf2, была делеция гаметического DMR , который локализован на расстоянии 2 т.о. "вверх по течению" от старта транскрипции Н19 и на расстоянии 80 т.о. "вниз по течению" от Igf2 ( рис. 19.7 ) ( Thorvaldsen et al., 1998 ). Будучи делегированы, Н19 и Igf2 обнаруживали утрату импринтинга безотносительно к тому, наследовалась ли эта делеция от матери или от отца, что позволяло идентифицировать этот DMR как ICE . Впоследствии было показано, что этот ICE связывается с CTCF - белком, который, как было показано, опосредует активность инсулятора в локусе beta-globin, и что сам ICE фунционирует как инсулятор ( Bell and Felsenfeld, 2000 ; Hark et al., 2000 ). В этом контексте инсулятор определяется как элемент, который блокирует взаимодействия промотора и энхансера, будучи помещен между ними. Таким образом, модель экспрессии импринтированного гена в этом локусе следующая: на материнской аллели CTCF связывается с ICE и блокирует доступ lgf2 и Ins2 к энхансерам, общим с ncRNA Н19 , которые расположены "вниз по течению" от этих трех генов. Тем самым это предоставляет Н19 исключительный доступ к энхансерам ( рис. 19.7 ). На отцовской аллели ICE приобретает метилирование ДНК в мужской зародышевой линии, предотвращая связывание CTCF с ним. Таким образом, на отцовской хромосоме Igf2 и Ins2 взаимодействуют с энхансерами и экспрессируются с этой хромосомы. Присутствие метилирования ДНК на отцовском ICE ведет ко вторичному метилированию промотора Н19 с помощью неизвестного механизма, и он становится сайленсированным на отцовской хромосоме. Участие CTCF в модели инсулятора привело к идентификации сайтов связывания CTCF в других импринтированных генах, таких как Rasgrf1 , Grb10 и Kcnqlot1 , показывая тем самым, что модель инсулятора может работать в других импринтированных кластерах.
ncRNA-класс моделей импринтинга может, однако, быть более обычным. Прорывом, приведшим к идентификации функциональных ncRNAs в импринтированных кластерах, явился эксперимент с укорочением ncRNA Air , имеющей длину 108 т.о., до 3 т.о. ( Sleutels et al., 2002 ). Эта укороченная ncRNA сохраняла импринтированную экспрессию, и промотор Air сохранял импринтированное метилирование ДНК - тем не менее, сайленсинг всех трех генов иРНК в кластере Igf2r был утрачен ( рис. 19.7 ). Было показано впоследствии, что сайленсинг, опосредованный ncRNA, действует также в кластере Kcnq1 ( Mancini-DiNardo, 2006 ). В настоящее время неизвестно, каким образом ncRNA Air или Kcnqlot1 сайленсируют гены в соответсвующих импринтированных кластерах. Возможны многие модели, применимые к обоим кластерам. Две возможности возникают из факта перекрывания смысловой и антисмысловой последовательности иРНК и ncRNA, имеющего место в каждом кластере. Первая возможность заключается в том, что между иРНК и ncRNA может образовываться двунитевая РНК и индуцировать РНК-интерференцию (RNAi) (глава " RNAi и сборка гетерохроматина "). Вторая возможность состоит в том, что это перекрывание смысловой и антисмысловой последовательности становится причиной одной из форм транскрипционной интерференции между двумя промоторами, которая затрагивает лишь транскрипцию с промотора иРНК. В обоих этих случаях первым событием был бы посттранскрипционный сайленсинг перекрывающейся иРНК, сопровождаемый накоплением репрессивного хроматина, способного распространяться и индуцировать транскрипционный сайленсинг генов во всем кластере.
Однако возможно также, что импринтированные псRNAs действуют, покрывая локальный участок хромосомы и непосредственно рекрутируя репрессивные белки хроматина к репрессированному кластеру примерно таким же образом, как это описано для действия ncRNA Xist в инактивации Х-хромосомы (глава " Компенсация дозы у млекопитающих "). Имеет место большое сходство между сайленсингом, опосредуемым импринтированной ncRNA, и сайленсингом, опосредуемым ncRNA Xist . Наиболее существенно, что оба эти случая представляют cis-действующие эпигенетические механизмы сайленсинга и оба демонстрируют положительную корреляцию между экспрессией ncRNA и сайленсингом множественных генов иРНК. Предположили также, что геномный импринтинг и Х-инактивация развились из общего эпигенетического механизма ( Reik and Lewis, 2005 ). Если бы это было так, можно было бы предсказать, что импринтированные ncRNAs могут сайленсировать гены путем "нацеливания" репрессивного хроматина на кластер импринтированных генов. Однако у нас все еще нет четкой информации относительно того, как импринтированные ncRNAs осуществляют свою сайленсирующую функцию. И мы все еще не знаем, сколько других импринтированных ncRNAs также играют функциональную роль в сайленсинге генов.
Смотрите также:
