Фосфорилирование H2AX при репарации двунитевых разрывов ДНК
Фосфорилирование H2AX функционирует в репарации двунитевых (ds, double-stranded) разрывов ДНК.
Гистоны H2A также образуют семейство разных вариантов, обнаруживаемых у всех эукариот. Вариант H2AX определяется по присутствию мотива карбокситерминальной аминокислотной последовательности, SQ(E или D)0" , где 0" означает гидрофобную аминокислоту. Серии в этой последовательности-мотиве является сайтом фосфорилирования, продуцируя модифицированный белок, обозначаемый "гамма-H2AX". Динамическая природа хроматина и фосфорилирование H2AX особенно очевидны, когда в ДНК возникают двунитевые разрывы ( Morrison and Shen, 2005 ). Летальность даже одиночного двунитевого разрыва требует немедленных действий по репарации повреждения и восстановления непрерывности двойной спирали. Обнаружение ds-разрыва в норме происходит в пределах минуты или около того с момента его образования, и это, в свою очередь, включает быстрое фосфорилирование Н2AХ в непосредственной близости от сайта разрыва. Это фосфорилирование выполняется членами семейства фосфоинозитол 3-киназоподобных киназ. Вслед за этим первоначальным событием фосфорилирование H2AX быстро распространяется вдоль по хромосоме, маркируя относительно большой хроматиновый домен, окружающий этот разрыв. Наконец, этот ds-разрыв в конце концов репарируется либо путем гомологичной рекомбинации, либо негомологичным воссоединением концов [nonhomologous end-joining], и метка-фосфорилирование удаляется.
Фосфорилирование H2AX не является существенным для обнаружения или репарации ds-разрывов, потому что делеция гена или мутация "мишени" - серинового остатка не отменяет репарацию. Однако H2AX не просто маркер повреждения, поскольку такие мутанты уменьшили эффективность репарации и являются гиперчувствительными к радиационному повреждению и генотоксическим агентам. В настоящее время полагают, что H2AX функционирует в процессе репарации ds-разрывов по крайней мере двумя способами. Во-первых, он может помогать рекрутировать или сохранять белки, требующиеся для репарации в сайте разрыва ( Morrison and Shen, 2005 ). Во-вторых, он может стабилизировать хромосому, окружая разорванные концы, путем рекрутирования когезина, белкового комплекса, ответственного за удерживание вместе сестринских хроматид ( Lowndes and Toh, 2005 ).
Эволюция H2AX не похожа на эволюцию других вариантов гистонов. Хотя ген H2AX обнаружен почти у всех эукариот, он возникал неоднократно в относительно недавнее время ( Malik and Henikoff, 2003 ). Например, версия H2AX, обнаруженная у Drosophila , отличается от версии, обнаруживаемой у другого двукрылого насекомого, Anopheles . Предположительно, способность развивать новый H2AX из канонической формы Н2A является следствием простого мотива SQ(E или D)0". Ожидается, что развитие такого мотива на карбоксильном конце канонического Н2A происходило неоднократно в ходе эволюции. Случайная утрата существующего Н2AХ с вновь отчеканенной версией могла бы подпитываться необходимостью для Н2AХ быть очень однородно распределенным, потому что ds-разрывы могут происходить в любом месте генома. Если в существующем гене Н2AХ происходят мутации, уменьшающие его сходство с каноническим Н2A таким образом, что его сборка становится менее эффективной или однородной, возникнет сильное давление отбора, чтобы заместить его версией, которая более похожа на канонический Н2A. Эта логика могла бы помочь объяснить исключительный случай Н2AХ Drosophila , который, в отличие от других эукариот, происходит не от своего канонического Н2A, а, скорее, от удаленной линии H2AZ . Если все, что нужно, чтобы быть Н2AХ - это находиться в положении Н2A в нуклеосоме и иметь карбокситерминальный мотив для фосфорилирования, H2AZ может развить в себе эти способности.
Репарация ds-разрывов представляет собой несомненно универсальную функцию фосфорилирования Н2AХ, и, казалось бы, у этого процесса нет никакого стабильного эпигенетического аспекта. Однако мыши с нуль- мутацией по Н2AХ стерильны, и цитологическое изучение сперматогенеза млекопитающих выявило яркую эпигенетическую особенность - специфическое фосфорилирование Н2AХ на биваленте XY ( рис. 13.8 ) ( Fernandez-Capetillo et al., 2003 ). Эта хромосомная пара занимает отдельное " половое тельце " во время мейотической профазы, предположительно участвующее в сайленсинге сцепленных с полом генов во время мужского мейоза. Фосфорилирование Н2AХ играет существенную роль в формировании нормального полового тельца, и дефектные по Н2AХ сперматоциты не способны спариваться или конденсироваться и не могут инактивировать гены X и Y во время мейоза. Фосфорилирование Н2AХ бивалента XY отличается от процесса, происходящего в ds-разрывах. Фосфорилирование XY в половом тельце не требует разрывов; скорее, оно происходит наиболее заметным образом в неспаренных участках хромосом. Механизмы, посредством которых фосфорилирование Н2AХ "нацеливается" на неспаренные хромосомы, и то, как это событие приводит к конденсации, спариванию и сайленсингу, в настоящее время неизвестны. Однако интересно пофантазировать, что эта роль может иметь отношение к способности взаимодействовать с когезином и рекрутировать его.
Смотрите также:
