Проблемы и перспективы молекулярной генетики. Том 1 - Свердлов Е.Д.
ISBN 5-02-002753-7
Скачать (прямая ссылка):
21
Вопрос о том, в какой степени РНК-интерференция с участием двухни-тевой РНК может быть использована организмом для регуляции экспрессии обычных эухроматиновых генов, остается открытым. В то же время, очевидно, что двухнитевая РНК регулирует количество образующихся смысловых транскриптов Y-повторов: оказалось, что количество смысловых транс-криптов не уменьшается при резком уменьшении числа Y-повторов. Это можно объяснить снижением количества двухнитевой РНК Y-повторов, предназначенной для уничтожения не только Ste-PHK, но и смысловой РНК Y-повторов. Иными словами, налицо саморегуляция смысловой транскрипции Y-повторов, вызванная снижением концентрации двухнитевой РНК. Известны разные механизмы саморегуляции экспрессии генов, но наши наблюдения позволяет считать, что саморегуляция может быть основана и на образовании двухнитевой РНК, соответствующей определенному участку гена.
Функционирование консервативного механизма РНК-интерференции обнаружено у простейших, нематоды, дрозофилы, растений, и, наконец, у позвоночных (Sharp, 2001). Считается, что РНК интерференция может быть направлена на уничтожение или нейтрализацию таких агентов, как вирусы или подвижные элементы. Имеются прежде всего в виду вирусы, размножение которых связано со стадией образования двухнитевой РНК и, следовательно, с появлением субстрата для образования коротких РНК, уничтожающих транслируемые вирусные мРНК. Двухнитевая РНК, гомологичная подвижным элементам, например, ретротранспозонам, как и в случае трансгенов (см. рис. 4), может быть образована в результате транскрипции обеих цепей ДНК этого элемента (Ilyin et al., 1980). Может ли механизм РНК-интерференции. отвечающий за репрессию генов Ste, участвовать в подавлении экспрессии подвижных элементов? Нарушение образования коротких РНК из двунитевых транскриптов Y-повторов в результате мутаций в генах РНК-интерференции, контролирующих нарезание двунитевой РНК, может сказаться и на экспрессии ретротранспозонов. Действительно, в присутствии мутации homeless, снимающей подавление экспрессии Ste-повторов Y-повторами, существенно увеличивалось количество транскриптов ретротранспозонов в клетках семенников и яичников дрозофилы (Aravin et al., 2001). Механизм действия гена homeless остается невыясненным. Известно лишь, что ген кодирует предполагаемую РНК-хеликазу, которая может участвовать на разных стадиях процесса РНК-интерференции, обеспечивая доступность двухнитевых РНК для взаимодействующих с ними белков. Следовательно, система РНК-интерференции, кодируемая генами хозяина, непосредственно контролирует уровень транскрипции и, вероятно, перемещения ретротранспозонов в геноме дрозофилы (о корреляциях между уровнем их транскрипции и перемещениями см. в работах лаборатории Е.Г. Пасюковой).
ЭФФЕКТЫ ПОЛОЖЕНИЯ ГЕНОВ
Способность гетерохроматина вызывать инактивацию близлежащих эухроматиновых генов, нестабильно наследуемую в клеточных поколениях (эффекты положения мозаичного типа), известна давно. Накоплен обширный материал, описывающий хромосомные белки и их комплексы, вовлеченные в инактивацию генов при эффекте положения (Eissenberg, Elgin,
22
2000). Эти комплексы вызывают компактизацию нуклеосомной структуры хроматина, но отдельные детали этого процесса пока выяснены только при исследовании инактивации генов у дрожжей (Sherman, Pillus, 1997). Достаточно много известно о белках, образующих репрессорные комплексы хроматина. В то же время, вопрос о том, какова роль и вклад собственно гетерохроматиновых последовательностей ДНК в процесс инактивации, остается открытым. Оставалось незыясненным, зависит ли степень инактивации от массы прилегающего к эухроматину гетерохроматинового блока. Вопрос о преимущественной роли определенных гетерохроматиновых последовательностей также оставался неисследованным.
Были использованы два подхода к исследованию этих вопросов:
1) оценивали степень инактивации в серии родственных эу-гетерохрома-тиновых перестроек, в результате которых гены перемещались к гетерохроматину. Эти перестройки различались размером гетерохроматинового блока, вызывающего инактивацию прилежащих эухроматиновых генов (рис. 5).
2) эффекты положения моделировали с помощью искусственных трансгенных конструкций, включающих Ste/Zate-повторы гетерохроматина и близлежащий ген-репортер, инактивация которого указывала на эффект положения.
Первый подход состоял в исследовании классического эффекта положения, сопровождающегося инактивацией ряда генов, приближенных к гетерохроматину и определяющих, например, цвет глаз или форму крыльев (Tolchkov et al., 1997; Лавров и др., 1998; Tolchkov et al., 2000). В результате хромосомной перестройки эухроматиновый ген, кодирующий винкулин, разорвался, и его фрагмент объединился с блоком сателлитной ДНК гетерохроматина (белок, связывающий нити цитоскелета с мембраной клетки) (рис. 5). Инактивация распространяется на большое расстояние, достигая гена, отстоящего от границы с гетерохроматином на 700 тыс. нуклеотидных пар (см. рис. 6). Оказалось, что способность к инактивации распределена неравномерно по длине блока гетерохроматина Х-хромосомы, включающего около 13 106 н. пар. Оценка снижения степени инактивации по мере уменьшения размеров гетерохроматинового блока показала, что наибольший вклад в расчете на единицу массы блока вносит район центромеры. Выяснилось также, что для индукции инактивации необходимо сохранение внутренней структуры гетерохроматина: эффект положения пропадал в результате внутренней инверсии в гетерохроматиновом блоке, хотя общее количество прилегающего гетерохроматина не изменялось. Таким образом, полученные данные показали, что инактивация генов протяженными районами гетерохроматина зависит как от общей массы прилегающего гетерохроматина, так и от природы отдельных его участков и их взаимного расположения.
