MECP2 Белок

МЕСР2 - метил-СрG-связывающий белок 2 - впервые этот белок был обнаружен у крысы в 1992г ( Lewis et al., 1992 ). Белок MeCP2 способен репрессировать транскрипцию. Механизм инактивации гена посредством ДНК-метилирования только начинает проясняться. В настоящее время принята гипотеза, что белок MeCp2 (methylated-DNA binding protein 2) связывается с метилированной ДНК и включается в белковый комплекс, состоящий из гистоновых белков, деацетилазы и др. Этот белковый комплекс, в свою очередь, инициирует компактизацию хроматина, что не дает связаться факторам тракскрипции с промоторной областью и, следовательно, происходит инактивация гена ( Jones et al. 1998 ).

Одной из отличительных особенностей белка является способность связываться непосредственно с одним CpG-сайтом, входит в группу метил-СрG-связывающих белков, наряду с такими белками, как Mecp1 , MBD1P , MBD2P , MBD3P , MBD4P ( Hendrich, Tweedy, 2003 ). Белок МеСР2 состоит из 485 аминокислотных остатков и содержит 4 функциональных домена:

- метил-CpG-связывающий домен (MBD ; 85 а.о.);

- домен транскрипционной репрессии (TRD ; 104 а.о.);

- сигнал ядерной локализации (NLS) ;

- С-концевой сегмент, содержащий эволюционно консервативные полигистидиновую и полипролиновую последовательности ( рис.1 ) ( Nan et al., 1997 ).

Базируясь на данных о структуре белка, был клонирован ген Меср2 и определен один из функциональных доменов - MBD ( Nan et al., 1993 ). Впоследствии ген Меср2 был идентифицирован у мышей ( Quaderi et al., 1994 ).

У человека ген МЕСР2 был картирован в участке Xq28 ( Villain et al., 1996 ). Ген MECP2 ( OMIM , 300005, MECP2) расположен между геном L1CAM и геном RCP/GCP в районе Xq28. Последовательность этого гена чрезвычайно консервативна, причем не только в ее кодирующей части, но и в 3'- и 5'-нетранслируемой области и интроне 2. Ген МЕСР2 состоит из четырех экзонов и транскрибируется по направлению от теломеры к центромере с кодирующей областью в экзонах 2-4 ( D'Esposito et al., 1996 ).

Большинство генов, локализированных в хромосоме X , подвержены процессу инактивации с некоторыми исключениями ( Disteche, 1995 ). Для подтверждения последнего, был использован анализ экспрессии Меср2 при транслокации Х;аутосома, в результате которого было определено, что у мышей он подвержен Х-инактивации ( Adler et al., 1995 ). Было определено, что ген МЕСР2 у человека также подвержен инактивации, находясь в хромосоме X ( D'Esposito et al., 1996 ).

У грызунов белок Меср2 распределяется по длине хромосомы и наиболее сконцентрирован в перицентромсрном гетерохроматине, последовательность которого насыщенна 5-метилцитозином - около 40% по соотношению к содержанию во всем геноме ( Lewis et al., 1992 ). Белок МеСР2 у человека связывается с метилированными CpG-сайтами без задержки на поверхности нуклеосомы и стерической затрудненности по отношению к гистонной кор-частице ( Chandler et al.,1999 ). Было показано, что белок МеСР2 связывается с метилированной ДНК и не связывается с немитилированной ДНК ( Lunyak et al., 2002 ).

Таким образом, была доказана первая основная функция МеСР2 - взаимодействие с метилированными CpG-сайтами in vivo. Транскрипционное молчание гена преимущественно достигается за счет метилирования CpG-сайтов в промоторе. В связи с этим, была выдвинута гипотеза о наличие второй основной функции белка МеСР2 - подавление транскрипции (транскрипционная репрессия). С помощью кратковременной трансфекции была продемонстрирована способность транскрипционной репрессии белка МеСР2 в клетках как in vivo, так и in vitro. При определении функционального домена, ответственного за эту функцию ( TRD ) было обнаружено, что белок МеСР2 способен подавлять транскрипцию на участке до 2000 п.н. от сайта инициации транскрипции ( Nan et al., 1997 ). Когда белок МеСР2 связывается с метилированными CpG-сайтами, он инициирует комплекс, содержащий гистондеацетилазы и ко-репрессор Sin3A . Это в конечном итоге приводит к компактизации хроматина, делая его недоступным для РНК-полимеразного комплекса, приводя к стабильной репрессии ( Jones et al., 1998 ). Также обнаружено участие комплекса белка Меср2 и гена гистон-метилтрансферазы Suv39H1 в метилировании гистона Н19 в клетках мышей ( Fuks et al., 2003 ) и взаимодействие белка МеСР2 с повторными элементами генома, такими как LINE-1 ( Yu et al., 2001 ).

Экспериментально (на мышах) показано, что наличие крупных геномных перестроек в гене Меср2 препятствует нормальному эмбриональному развитию. Эмбриональные стволовые клетки (ЭСК) с мужским кариотипом и мутантным геном Меср2 не развиваются, а ЭСК с женским кариотипом и мутантным геном Меср2 могут развиваться ( Tate et al., 1996 ). Помимо этого, исследования мутаций в гене МЕСР2 и его экспрессии показали необходимость его участия в работе головного мозга ( Dragich et al., 2000 ; Yusufzai, Wolffe, 2000 ; Cohen et al., 2003 ).

Принято считать, что экспрессия гена МЕСР2 одинакова у мышей, крыс и человека. В головном мозге ген МЕСР2 экспрессируется в нейронах и не экспрессируется в глиальных клетках ( Kriaucionis, Bird, 2003 ). Было продемонмтрировано повышенное число нейронов с экспрессирующимся геном МЕСР2 у детей в постнатальном периоде ( Balmer et al., 2003 ). Похожие данные были получены на нейронах головного мозга у мышей ( Jung et al., 2003 ). Изучение экспрессии гена Меср2 в нейронах обонятельного эпителия у мышей, показало, что экспрессия происходит исключительно в зрелых нейронах до синаптогенеза ( Cohen et al., 2003 ). Также было изучено наличие взаимодействия белка МеСР2 с метилированными CpG-сайтами в нейронах головного мозга мышей, в результате чего было обнаружено взаимодействие гена Меср2 с 5-метилцитозином основной сателитной ДНК в больших нейронах ( Akhmanova et al., 2000 ). Эти данные рассматриваются как вполне соответствующие современным представлениям об RTT ( Dragich et al., 2000 ; Kriaucionis, Bird, 2003 ).

Синдром Рэтта (RTT , Rett syndrome; OMIM 312750) - это доминантное сцепленное с Х-хромосомой постнатальное нарушение развития и нервной системы. С помощью метода "An exclusion mapping strategy" ген RTT был локализован в Xq27-qter , и анализ генов-кандидатов (candidate gene analysis) на эту роль указал на ген, кодирующий белок 2, связывающийся с метилCpG (МЕСР2), как на ген, вызывающий данное заболевание ( Amir et al., 1999 ).

Обнаружение того, что мутации в МЕСР2 являются основной причиной RTT, служит молекулярным свидетельством наличия связи между RTT и аутизмом . Сейчас известно, что мутации в МЕСР2 вызывают широкий спектр фенотипов у женщин, в том числе неспособность к обучению , обособленное (isolated) замедленное умственное развитие , синдром, похожий на синдром Ангелмана и ASD . Паттерны инактивации Х-хромосомы ( XCI ) - это главные молекулярные детерминанты данной клинической изменчивости.

MeCP2 был идентифицирован на основании его способности связываться с симметрично метилированными динуклеотидами CpG ( Lewis et al., 1992 ). Он локализуется в гетерохроматине и действует как репрессор транскрипции, зависимый от метилирования ( Nan et al., 1997 ). МеСР2 связывается с метилированной ДНК через ее метил-СрG-связывающий домен и взаимодействует с корепрессорами Sin3A и HDACs через свой домен транскрипционной репрессии. МеСР2 также ассоциируется с Brahma - компонентом комплекса SWI-SNF ремоделинга хроматина ( Harikrishnan et al., 2005 ).

Стремясь выявить потенциально новые функции МеСР2, Янг с коллегами обнаружили, что МеСР2 взаимодействует с белком 1 , связывающимся с Y-боксом ( YB-1 ), - белком, связывающимся с РНК, и влияющим на сплайсинг ( Young et al., 2005 ). МеСР2 регулирует сплайсинг РНК репортерных минигенов, но, что наиболее важно, он влияет на сплайсинг РНК in vivo, учитывая данные об изменении паттернов сплайсинга РНК в ткани мозга мышей, моделирующих RTT ( Young et al., 2005 ). Важность МеСР2 в эпигенетической регуляции экспрессии нейрональных генов и его влияние на сплайсинг РНК, по-видимому, лежат в основе потери основных вех при развитии и при аномальной неврологической функции при RTT и родственных ему нарушениях.

См. " Эпигенетика и RTT (синдром Рэтта) ".

Ссылки:

Все ссылки