Мейотический сайленсинг (MSUD)

Мейотический сайленсинг - репрессия неспаренной ДНК.

Мейотический сайленсинг (MSUD, meiotic silencing by unpaired DNA, silencing of unpaired DNA in meiosis) - сайленсинг генов в ходе мейоза, который вызывается неспаренной ДНК. Этот процесс позволяет неспаренной копии данного гена сайленсировать и себя, и любые другие спаренные копии этого гена ( рис. 14.11 ). Этот процесс был выявлен с помощью характеристики гетерозиготных делеций в гене ascospore maturation 1 ( asm-1 ). Однако, чтобы инициировать сайленсинг, неспаренная последовательность должна быть достаточного размера и обладать гомологией с продуктом (иРНК) этого гена ( Lee et al., 2004 ). Такие последовательности, однако, не должны содержать соответствующий промоторный элемент для рассматриваемого гена. Сайленсинг ограничен геном, определяемым неспаренной последовательностью, и не распространяется на соседние, спаренные гены ( Kutil et al., 2003 ).

Исследования на Neurospora вскрыли несколько независимых систем сайленсинга , действующих на разных стадиях ее жизненного цикла. Первый такой механизм, названный механизмом точечных мутаций, индуцируемых повторами ( RIP - repeat-induced point mutation), имеет как эпигенетические, так и генетические аспекты и несомненно служит в качестве системы защиты генома.

Второй механизм, названный механизмом подавления (quelling) , представляет собой основанный на RNAi механизм, который приводит к сайленсингу трансгенов и их нативных гомологов.

Третий, названный мейотическим сайленсингом с помощью неспаренной ДНК (MSUD - meiotic silencing by unpaired DNA), также базируется на RNAi, но отличается от подавления (quelling) временем своего действия, мишенями и предполагаемой целью.

MSUD, самое недавнее добавление к списку механизмов сайленсинга, действующих у Neurospora, был открыт Метценбергом и его сотрудниками ( Aramayo and Metzenberg, 1996 ; Shiu et al., 2001 ; Shiu and Metzenberg, 2002 ) в ходе анализа любопытного наблюдения, заключавшегося в том, что мутация типа делеции в гене Asm-1 (созревание аскоспор) является функционально доминантной. Серия элегантных экспериментов, изображенная на рис. 6.14 , привела к выводу, что последовательности, лишенные партнера по спариванию в мейотической профазе, вызывают мейотический сайленсинг идентичных или почти идентичных последовательностей. Наблюдение, что делеция Asm-1 является доминантной ( рис. 6.14 б), могло объясняться тем, что остающаяся единичная доза гена продуцирует неадекватный генный продукт, но эту возможность сделало маловероятной наблюдение, что функциональная копия этого гена в эктопическом положении не может комплементировать дефект ( рис. 6.14 в). Напротив, только одна функциональная копия этого гена требовалась в мейозе, если у функциональной аллели был партнер по спариванию, т.е. ее партнер мог нести мутации, делающие его неспособным производить функциональный продукт ( рис. 6.14 г). Нормальная мейотическая экспрессия этого гена наблюдалась у штамма, имеющего спаренные эктопические аллели и делеции нативного гена на обоих гомологах, что свидетельствовало о том, что сама по себе делеция не была "токсичной" и что эктопические копии действительно были функциональными ( рис. 6.14 д). Интересно, что некоторые аллели, индуцированные RIP , вызывают (elicit) MSUD, если эти штаммы способны к метилированию ДНК, но не могут вызвать MSUD в штаммах dim-2; это заставляет предполагать, что метилирование ДНК , нередко ассоциированное с такими аллелями, может подавлять спаривание (сравни рис. 6.14 г и 6.14 е) ( Pratt et al., 2004 ). (Кстати говоря, это наблюдение дает нам также первое доказательство того, что DIM-2 является функциональным в половой фазе Neurospora.) Аллели с высокой плотностью мутаций, индуцированных RIP, оказались, подобно делециям, доминантными ( рис. 6.14 ж) ( Shiu et al., 2001 ; Shiu and Metzenberg, 2002 ; Pratt et al., 2004 ), что согласуется с гипотезой о том, что они не способны спариваться с аллелью дикого типа. Для того чтобы разграничить две возможности - что MSUD обусловлен отсутствием спаривания и что он обусловлен присутствием неспаренной аллели, - исследователи проанализировали скрещивание, в котором мейотическое ядро имело три копии гена: две аллели дикого типа (которые должны спариваться) и эктопическую копию (которая должна быть неспаренной). Наблюдался сайленсинг, что означало, что MSUD является результатом присутствия неспаренных аллелей, а не отсутствия спаренных аллелей ( рис. 6.14 з). MSUD можно наблюдать цитологически в скрещиваниях, гетерозиготных по гену, кодирующему белок, меченный [таггированный - tagged] GFP , как это показано на рис. 6.15 .

Охота за мутантами, дефектными по MSUD, привела к идентификации эффективного [telling] члена машинерии MSUD. Ген Sad-1 (Supressor of ascus dominance - супрессор доминантности асков), идентифицированный путем отбора мутантов, способных проходить через скрещивание, в котором asm-1 не спарен, кодирует RdRP ( Shiu et al., 2001 ). Это позволяло предполагать, что MSUD родствен подавлению (quelling) у Neurospora и, в целом, RNAi . Интересно, что геном Neurospora содержит гены, которые, согласно предсказанию, кодируют три предполагаемых RdRP (одна, необходимая для "подавления", одна - для MSUD и одна с неизвестной функцией), два белка, подобных Argonaute (один для "подавления" и один для MSUD) и два белка, подобных Dicer . Было бы замечательно, если бы удалось выяснить детальный механизм MSUD.

Исследования на Neurospora вскрыли несколько независимых систем сайленсинга , действующих на разных стадиях ее жизненного цикла. Первый такой механизм, названный механизмом точечных мутаций, индуцируемых повторами (RIP - repeat-induced point mutation), имеет как эпигенетические, так и генетические аспекты и несомненно служит в качестве системы защиты генома.

Второй механизм, названный механизмом подавления (quelling), представляет собой основанный на RNAi механизм, который приводит к сайленсингу трансгенов и их нативных гомологов.

Третий, названный мейотическим сайленсингом с помощью неспаренной ДНК (MSUD - meiotic silencing by unpaired DNA), также базируется на RNAi, но отличается от подавления (quelling) временем своего действия, мишенями и предполагаемой целью.

См. " Мейотический сайленсинг неспаренной ДНК в мейозе у Neurospora ".

Ссылки: