Транскрипция на хроматине: регуляция, введение
В эукариотических клетках матрицей для РНК-полимераз служит ДНК, находящаяся в составе хроматина. Из общих соображений белки нуклеосом и более высокоорганизованного хроматина должны быть препятствием для образования инициационного комплекса и перемещения транскрипционного комплекса вдоль такой матрицы. Однако in vivo эти препятствия в соответствующих условиях легко преодолеваются. Исследование транскрипции хроматина еще далеко от своего завершения, а основные результаты получены в опытах in vitro. Результаты исследований показывают, что наличие нуклеосом предотвращает неспецифическую транскрипцию инактивированных генов и является одним из необходимых условий их правильной экспрессии.
В регуляции транскрипции все много сложнее, чем просто связывание факторов с ДНК. Ведь мы имеем дело не просто с ДНК, а с хромосомами , где ДНК сложным образом упакована и существует в комплексе с белками - гистонами. Давно известно, что транскрипционно неактивные гены обычно находятся в компактно уложенных хроматиновых структурах.
Идентифицированы хроматин-ассоциированные белки, которые способны репрессировать транскрипцию протяженных областей хромосом, включающих множество генов на расстоянии сотен килобаз. И как это происходит - один из острых и нерешенных вопросов, вокруг которого идет множество дебатов и которому посвящается множество исследований. Чтобы дать представление о той сложности, с которой приходится сталкиваться, можно процитировать выдержку из обзора, [ Higgs ea 1998 ] в ведущем научном журнале Cell: "Ученые, интересующиеся регуляцией экспрессии генов у высших эукариот, все больше убеждаются в том, что этот процесс сильно зависит от локального "хромосомного окружения ". Вариации в хромосомном окружении часто описывают, ссылаясь на характер упаковки ДНК в хроматин. В настоящее время мало понятна структура и функции хроматина in vivo, и мы часто маскируем нашу неосведомленность, используя такие термины, как "открытый" или "закрытый", "пермиссивный" или "непермиссивный", "эухроматин" или "гетерохроматин.
Нуклеосомы ингибируют транскрипцию на уровне инициации и элонгации. Следовательно, нужно каким-то образом снять это ингибирование. Видимо в этот процесс вовлекается множество факторов и событий. Они модифицируют структуру хроматина и облегчают инициацию транскрипции на хроматиновой матрице.
Рассмотрим в качестве примера только два таких фактора: RSF (remodelling and spacing factor) и FACT (facilitates chromatin transcription) . RSF относится к группе факторов, которые ремоделируют хроматин , используя для этих целей энергию гидролиза ATP. Он может разрушать упорядоченную организацию нуклеосом, в результате чего теряется периодичность их раположения. В этом участвует RSF в сочетании с активаторными белками типа Gal4-VP16 . В результате облегчается доступ факторов транскрипции к ДНК и начало сборки PIC . Элонгация также требует преодоленя сопротивления нуклеосом в этом участвуют свои факторы. FACT как раз относится к факторам, которые облегчают элонгацию транскрипции. Этот фактор не стимулирует инициации транскрипции и не требует для своего действия связанных с промотором активаторов транскрипции. Единственным пререквизитом его действия является предварительное ремоделирование структуры хроматина в районе промотора. Для его действия не нужен гидролиз ATP. Таким образом комбинация RSF и FACT служит примером того, как может преодолеваться сопротивление хроматина [ John ea 1998 ].
В целом факторы "открывают" хроматин.
