Инсуляторы: общие сведения
Существуют определенные последовательности нуклеотидов длиной в несколько сотен пар оснований, которые обладают способностью подавлять позитивное и негативное влияние эухроматина и гетерохроматина на экспрессию трансгенов, интегрированных в этот хроматин и фланкированных указанными последовательностями в новом сайте интеграции. Такие участки ДНК как бы изолируют ген, находящийся между ними, способствуя сохранению его обычной пространственной структуры. Эти последовательности известны под названием инсуляторов (англ. insulate - изолировать) и как регуляторные области локусов (LCR - locus control regions) . К пограничным последовательностям относятся A-элементы, фланкирующие ген лизоцима цыплят , scs-элементы (specialized chromatin structure elements) , окружающие ген hsp70 Drosophila melanogaster , а также последовательности нуклеотидов, разделяющие регуляторные элементы iab комплекса Bithorax того же объекта. Введение одного из таких элементов между энхансером и промотором регулируемого гена приводит к функциональной изоляции энхансера и подавлению экспрессии гена, а фланкирование гена пограничными последовательностями предохраняет его от инактивирующего действия окружающего конденсированного гетерохроматина, т.е. снимает эффект положения. У высших эукариот энхансер может активировать промотор на расстоянии, достигающем нескольких сотен тысяч пар нуклеотидов, что является одной из особенностей регуляции транскрипции высших эукариот [ Dorsett D., 1999 ].
Район действия энхансера ограничивают специальные пограничные элементы, которые назвали инсуляторами, в переводе - изоляторами. Инсуляторами называются регуляторные элементы, которые блокируют взаимодействие между энхансером и промотором, если находятся между ними [ Dorsett D., 1999 , Глазков М.В., 1998 ]. Внедряясь между энхансером и промотором, инсулятор блокирует способность энхансера активировать транскрипцию с данного промотора. Этот элемент действует, как нейтральный, т.е. не участвующий в активации или репрессии транскрипции, элемент, предотвращающий распространение как позитивной, так и негативной информации от энхансера. Схема расположения энхансеров, промоторов и пограничных элементов изображена на Рис 1 svtr Инсуляторы не влияют непосредственно на активность энхансера и промотора, т.е. промотор может быть активирован любым другим энхансером, а энхансер может активировать любой другой промотор [ Cai Н., Levine M., 1995 , Scott K.S., Geyer Р.K., 1995 ]. В 1991 г. были открыты первые два инсулятора дрозофилы, scs и scs' , которые окружают ген теплового шока hsp70 дрозофилы [ Kellum R., Schedl P., 1992 ]. Почти одновременно в регуляторной области ретротранспозона дрозофилы МДГ4 был обнаружен su(Нw)-инсулятор [ Geyer Р.K., Corces V.G.,1992 ]. В дальнейшем у курицы был описан еще один инсулятор , который ограничивает глобиновые гены [ Chung J.Н. et al., 1993 ]. Интересно, что он работает и в дрозофиле. Существуют данные, что scs-инсулятор дрозофилы может функционировать в клетках мыши и ооцитах морского ежа [ Geyer Р.K., 1997 ]. Таким образом, инсуляторы из разных организмов должны иметь общие механизмы действия.
При подавлении активности энхансеров инсуляторами проявляется их полярность действия. Инсуляторы однонаправленно выключают энхансеры, расположенные дистально (на значительном расстоянии) по отношении к регулируемому промотору, но не рядом с ним. Показано, что инсуляторы могут разделять два участка хроматина, резко различающиеся по пространственной структуре. В этом случае по одной стороне от пограничной последовательности располагается сильно компактизованный хроматин, ДНК которого недоступна действию нуклеаз, а по другой - хроматин в открытой конформации, характерной для компетентных в отношении транскрипции генов.
Большая часть существующих экспериментальных данных согласуется с тем, что белки, связанные с энхансером, непосредственно взаимодействуют с белками основного транскрипционного комплекса или вспомогательными белками, собранными на промоторе, при этом ДНК между ними образует петлю. Возникает вопрос, каким образом энхансер может взаимодействовать с промотором на больших дистанциях и при этом правильно узнавать свой промотор.
Хотя к настоящему моменту описано огромное количество энхансеров и промоторов, изучено множество факторов транскрипции, вопрос о механизме взаимодействия между энхансером и промотором остается открытым. В понимании механизмов дальних взаимодействий между регуляторными элементами большую роль могут сыграть инсуляторы ( рис. 1 ,а).
Смотрите также:
