Модели структуры, функции и воспроизведения центромеры
Ключевым вопросом, исследуемым в настоящее время, является вопрос о том, как CENP-A и другие эпигенетические маркеры специфически локализуются и воспроизводятся в центромерах. Другой подход к этому же вопросу заключается в том, чтобы рассмотреть, каким образом CENP-A собирается только в центрмерном хроматине. Одна из привлекательных моделей предполагает, что включение CENP-A специфически в центромеры регулируется дифференциальными сроками и репликации CEN-ДНК, и экспрессии CENP-A по сравнению с основной массой хроматина ( Ahmad and Heniloff, 2001 ). Однако репликация CEN-ДНК у человека и мух происходит на протяжении всей фазы S, одновременно с репликацией основной ДНК ( Shelby et al., 2000 ; Sullivan and Karpen, 2001 ), а включение CENP-A происходит в отсутствие репликации ДНК ( Shelby et al., 2000 ; Ahmad and Heniloff, 2001 ). Эти наблюдения исключают механизм строгой привязки ко времени репликации для воспроизведения CENP-A и центромерной идентичности.
Более привлекательный механизм вытекает из интригующего наблюдения, согласно которому CENP-A активно инкорпорируется в нуклеосомы не зависящим от репликации образом с помощью комплекса обмена гистонов ( Shelby et al., 2000 ; Ahmad and Heniloff, 2001 ). НЗ.З является вариантом НЗ, сборка которого, не зависящая от репликации ( Ahmad and Heniloff, 2002 ), опосредуется комплексом, известным как регулятор гистонов A ( HIRA ), а не комплексами фактора сборки хроматина ( CAF , chromatin assembly factor), ответственными за зависимое от репликации включение канонических нуклеосом НЗ ( Nakatani et al., 2004 ). У S. cerevisiae устранение компонентов HIRA приводит к неправильной локализации CENP-A ( Sharp et al., 2002 ). Однако в настоящее время неясно, влияют ли компоненты HIRA на центромерный хроматин у многоклеточных эукариот или у S. pombe, где центромерная идентичность определяется эпигенетически. Более важно, что эти белки играют роль в сборке и структуре хроматина, например путем откладки НЗ.З; таким образом, широкая активность идентифицированных компонентов HIRA не объясняет специфичности включения CENP-A в центромеры. Возможно, что некая подгруппа комплексов HIRA содержит факторы, взаимодействующие только с CENP-A и распознающие существующие нуклеосомы CENP-A в реплицированном хроматине CEN; однако никаких таких факторов специфичности идентифицировать не удалось. Один из способов согласовать участие неспецифических факторов сборки - это представить себе, что специфичность обеспечивается CENP-A или нуклеосомами CENP-A. Например, определенные структурные взаимоотношения между CENP-A и Н4 могли бы обеспечить специфичность сборки новой CENP-A в центромерах; на эту мысль наводит способность взаимодействующего домена "нацеливать" CENP-A на центромеры ( Black et al, 2004 ). Неясно, однако, достаточны ли эти домены для "нацеливания" центромер в отсутствие эндогенной CENP-A.
Сейчас очевидно, что требуется по-новому представлять себе эпигенетическую регуляцию центромерной идентичности и воспроизведения. У S. cerevisiae результатом дефектов в протеолизе CENP-A оказывается неправильное включение в нецентромерные в норме районы, что в норме удаляется неизвестным механизмом "очищения" отовсюду, кроме эндогенной центромеры ( Collins et al., 2004 ). Это позволяет предполагать, что центромерная идентичность может регулироваться после сборки нуклеосом. Однако неправильная локализация CENP-A у мух приводит к эктопическому формированию кинетохора ( Heun et al., 2006 ), заставляя предполагать, что удаление неправильно включенного CENP-A может быть специфичным для S. cerevisiae .
Тем не менее, вариации такой модели "негативной специфичности" стоит рассмотреть. Ключевой вопрос для всех моделей центромерной идентичности заключается в следующем: что обеспечивает специфичность? В данном случае, почему такие белки, как CENP-A, должны сохраняться только в одном сайте? Одна новая идея возникает в связи с тем фактом, что стабильная ассоциация с веретеном является тем свойством, которое уникально для функциональных центромер, кинетохоров ( Mellone and Allshire, 2003 ). Таким образом, воспроизведение центромеры и сайт включения CENP-A могут определяться в ходе митоза, с помощью механизма, чувствующего продуктивные прикрепления кинетохора и веретена, или опосредованное веретеном натяжение. Другая идея, которую стоит рассмотреть, заключается в том, что паттерн модификации перемежающихся нуклеосом НЗ белками, модифицирующими гистоны (т.е. ацетилтрансферазами, метилтрансферазами и киназами), может помогать воспроизводить центромерную идентичность вместо ассоциированных с CENP-A белков (или в дополнение к ним) ( Sullivan and Karpen, 2004 ). По-разному модифицированные перемежающиеся субдомены НЗ ( рис. 14.7 ) могли бы создавать "пермиссивную" структуру хроматина, необходимую для сборки новой CENP-A.
Идентификация факторов, требующихся для помещения CENP-A в центромеры, независимо от конкретной модели, является стратегией, которая, вероятно, обеспечит новое понимание. Биохимические и генетические исследования позволили идентифицировать некоторые из них как влияющие на сигналы CENP-A в центромерах, включая ранее известные факторы, участвующие в не зависящей от хроматина сборке хроматина. Однако ни один из идентифицированных до сих пор факторов не взаимодействует специфическим образом с CENP-A или другими белками центромерного хроматина или модификациями. Тем не менее, удивительно, что факторы все же идентифицируются, и должно скоро последовать выяснение специфических механизмов.
Смотрите также:
