Эпигенетика: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

9. Подведение итогов: мы не знаем о гетерохроматине очень многое

Хотя PEV предоставил нам чрезвычайные возможности для изучения формирования гетерохроматина и сайленсинга генов, сам этот фенотип остается загадочным. Почему мы наблюдаем мозаичный паттерн сайленсинга? Что нарушает равновесие, приводя к переключению с активного состояния в «молчащее» или наоборот? Почему этот эффект оказывается клонально наследуемым? PEV обычно анализируется как проблема поддержания репортерного гена в состоянии «ВКЛЮЧЕНО» или «ВЫКЛЮЧЕНО», но во многих случаях (особенно при использовании репортеров на базе Р-элемента) наблюдаются красные фасетки на желтом или бледно-оранжевом фоне, заставляя предполагать, что экспрессия генов была снижена единообразно, но что в некоторых клетках эта даун-регуляция была утрачена. Тщательный анализ таких линий мог бы привести к идентификации состояний хроматина с промежуточным влиянием на экспрессию генов. Хотя эти данные свидетельствуют в пользу грубой модели утраты или поддержания сайленсинга на основе действия масс, окончательная модель будет сложной, включающей многочисленные взаимодействующие белки (см., например, предложения Henikoff, 1996) Соблазнительно рассматривать нуклеосому как суммирующее устройство, собирающее модификации и выдающее результаты в терминах как конкретных паттернов связывания белков, так и возможности ремоделинга в этом районе. Состояние хроматина могло бы тогда отражать результаты конкуренции за достижение различных модификаций. Такая модель могла бы быть полезной в рассортировке отмеченных выше эффектов. Она также совместима с наблюдениями, показывающими, что частота сайленсинга репортера, зависимого от GAL4, чувствительна к уровню содержания GAL4 (Ahmad and Henikoff, 2001).

Система RNAi обеспечивает правдоподобный механизм «нацеливания» формирования гетерохроматина предположительно путем «нацеливания» комплекса, включающего НР1, HKMT H3K9 или оба этих белка. Однако многие вопросы остаются открытыми. Каков источник dsRNA? Должна ли эта РНК продуцироваться в cis-конфигурации (на что указывают результаты, полученные на S. pombe) или же она может действовать в trans-конфигурации (что заставляют предполагать результаты, полученные на растениях); т.е. может ли образование dsRNA с одного сайта 1360 привести к «нацеливанию» на все сайты 1360? Являются ли все повторяющиеся элементы потенциальными мишенями? Это кажется маловероятным, если учесть описанные выше данные анализа четвертой хромосомы. Если ключевую роль играет выборка повторяющихся элементов, что определяет этот выбор? Результаты, полученные на четвертой хромосоме, свидетельствуют, что плотность и распределение критичных повторяющихся элементов будет влиять на экспрессию генов, находящихся поблизости. Это говорит о необходимости выявлять этот признак при секвенировании генома.

Каким образом осуществляется распространение гетерохроматина и что является нормальными барьерами для такого распространения? Отметим, что нет никаких данных в пользу транзитивной RNAi у Drosophila, т.е. распространения сайленсинга на мишени в транскрипте, лежащие «вверх по течению» от последовательности dsRNA (Celotto and Gravely, 2002). Это согласуется с отсутствием доказательств в пользу какой-либо зависимой от РНК РНК-полимеразы в этой системе. Система сборки на основе взаимодействий НР1, H3K9me2 и HKMT вполне могла бы объяснить распространение гетерохроматина приблизительно на 10 т.о., как это наблюдается на четвертой хромосоме; этот тип распространения мог бы ограничиваться сайтом ацетилирования гистонов. Но что можно сказать о распространении, происходящем в перестройках, которое, как оказалось, простирается на сотни тысяч оснований? Эта форма распространения не является непрерывной [contiguous], но, опять-таки, критически зависит от белков хроматина, в особенности от JIL-1, выступающего в роли, которая не зависит от его киназной активности. Эти и другие вопросы остаются без ответа.

Благодарности

Мы благодарим Gabriella Farkas за создание используемых здесь рисунков, Anja Ebert за иммунопитологические фотографии и членов наших исследовательских групп за критический просмотр этой главы. Наша работа поддержана Deutsche Forschungsgemeinschaft и Epigenome Network of Excelelnce of the European Union (G.R.) и грантами National Institutes of Health (S.C.R.E.).

Литература

Ahmad K. and Henikoff S. 2001. Modulation of a transcription factor counteracts heterochromatin gene silencing in Drosophila. Cell 104: 839-847.

Aravin A.A., Numova H. M., Tulin A. V., Vagin, V.V., Rozovsky Y.M., and Gvozdev V.A. 2001. Double-stranded RNA-mediated silencing of genomic tandem repeats and transposable elements in the D. melanogaster germline. Curr. Biol. 11: 1017-1027.

Aravin A. A., Lagos-Quintana M.. Yalcin A., Zavolan M., Marks D., Snyder B., Gaasterland T., Meyer J., and Tuschl T. 2003. The small RNA profile during Drosophila melanogaster development. Dev. Cell 5: 337-350.

Ashbumer M., Golic K.G., and Hawley R.S. 2005a. Chromosomes. In Drosophila: A laboratory handbook. 2nd edition. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, New York, pp. 24-57.

Ashbumer M., Golic K.G., and Hawley R.S. 2005b. Position effect variegation. In Drosophila: A laboratory handbook, 2nd edition. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, New York, pp. 1007-1049.

Aulner N., Monod C, Mandicourt G., Jullien D., Cuvier O., Sail A., Janssen S., Laemmli U.K, and Kas E. 2002. The AT-hook protein D1 is essential for Drosophila melanogaster development and is implicated in position-effect variegation. Mol. Cell. Biol. 22: 1218-1232.

BaksaK., Morawietz H., Dombradi V., Axton M., Taubert H., Szabo G., Torok I., Gyurkovics H., Szoor B., Gloover D., et al., 1993. Mutations in the phosphatase 1 gene at 87B can differentially affect suppression of position-effect variegation and mitosis in Drosophila melanogaster. Genetics 135: 117-125.

Bannister A.J., Zegermann P., Patridge J.F., Miska E.A., Thomas J.O., Allshire T.C., and Kouzarides T. 2001. Selective recognition of methylated lysine 9 on histone H3 by the HP1 chromo domain. Nature 410: 120-124.

Baumbusch L.O., ThorstensenT., Krauss V., Fischer A., Naumann K., Assalkhou R., Schulz I., Reuter G., and Aalen R. 2001. The Arabidopsis thaliana genome contains at least 29 active genes encoding SET domain proteins that can be assigned to four evolutionary conserved classes. Nucleic Acids Res. 29: 4319-4333.

Belyaeva E.S., Demakova O.V., Umbetova G.H., and Zhimulev I.F. 1993. Cytogenetic and molecular aspects of position-effect variegation in Drosophila melanogaster V. Heterochromatin-associated protein HP1 appears in euchromatic chromosoma] regions that are inactivated as a result of position-effect variegation. Chromosoma 102: 583-590.

Bender W., Spierer P., and Hogness D.S. 1983. Chromosome walking and r jumping to isolate DNA from the Ace and rosy loci and the bithorax complex of Drosophila melanogaster. J. Mol. Biol. 168: 17-33.

Birchler J.A., BhadraU., Rabinow L., Linsk R., and Nguyen-Huyuh A.T. 1994. Weakener of white (Wow), a gene that modifies the expression of white eye color locus and that suppresses position effect variegation in Drosophila melanogaster. Genetics 137: 1057-1070.

Bird A. 2002. DNA methylation patterns and epigenetic memory. Genes Dev. 16: 6-21.

Bushey D. and Locke J. 2004. Mutations in Su(var)205 and Su(var)3-7 suppress P-element-dependent silencing in Drosophila melanogaster. Genetics 168: 1395-1411.

Catcheside D.G. 1939. A position effect in Oenothera. J. Genet. 38: 345-352.

Cattanach B.M. 1961. A chemically-induced variegated-type position effect in the mouse. Z. Vererbungsl. 92: 165-182.

Celotto A.M. and Graveley B.R. 2002 Exon-specific RNAi: A tool for dissecting the functional relevance of alternative splicing. RNA 8: 718-724.

Cleard F. and Spierer P. 2001. Position-effect variegation in Drosophila: The modifier Su(var)3-7 is a modular DNA-binding protein. EMBO Rep. 21: 1095-1100.

Cleard E, Delattre M., and Spierer P. 1997. SU(VAR)3-7 a Drosophila heterochromatin-associated protein and companion of HP1 in the genomic silencing of position-effect variegation. EMBO J. 16: 5280-5288.

Cooper K.W. 1959. Cytogenetic analysis of major heterochromatic elements (especially Xh and Y) in Drosophila melanogaster and the theory of “heterochromatin”. Chromosoma 10: 535-588.

Cortes A. and Azorin F. 2000. DDP1, a heterochromatin-asociated multi-KH-domain protein of Drosophila melanogaster, interacts specifically with centromeric satellite DNA sequences. Mol. Cell. Biol. 20: 3860-3869.

Cryderman D.E., Morris E.J., Biessmann H., Elgin S.C.R., and Wallrath L.L. 1999a. Silencing at Drosophila telomeres: Nuclear organization and chromatin structure play critical roles. EMBO J. 18: 3724-3735.

Cryderman D. E., Tang H., Bell C, Gilmour D.S., and Wallrath L.L. 1999b. Heterochromatic silencing of Drosophila heat shock genes acts at the level of promoter potentiation. Nucleic Acids Res. 27: 3364-3370.