Гены, поддерживающие детерминированное состояние у Drosophila
Идентификация генов, участвующих в поддержании детерминированного состояния у Drosophila.
Благодаря своей роли в поддержании клеточных судеб гены PcG и trxG на целые десятилетия стали объектом интенсивных исследований. Как обсуждается в предыдущей главе (см. " Транскрипционный сайленсинг, осуществляемый белками группы Polycomb "), большинство генов PcG были идентифицированы по мутациям, вызывающим гомеотические трансформации в силу неспособности поддерживать репрессированные состояния транскрипции НОХ . Классическим примером фенотипа, ассоциированного с мутациями PcG, является трансформация второй и третьей пары ног в ноги первой пары. Эта гомеотическая трансформация является результатом дерепрессии гена группы ANT-C , Scr , и проявляется как появление на второй и третьей парах ног щетинок, характерных для первой пары ног и известных как зубцы половых гребешков. Этот фенотип "Polycomb", или "избыточные половые гребешки" - вместе с другими гомеотическими трансформациями, являющимися результатом неспособности поддерживать репрессию генов НОХ, - привел к идентификации более чем дюжины генов PcG у Drosophila. Большинство генов PcG кодируют субъединицы двух комплексов, участвующих в репрессии транскрипции: Polycomb Repressive Complex (PRC) - PRC1 и PRC2 ( Levine et al., 2004 ). PRC1 и PRC2 "нацеливаются" на участки вблизи промоторов НОХ (и других) посредством cis-регуляторных элементов , известных как элементы ответа Polycomb ( PREs - Polycomb-response elements). Большое число данных позволяет предполагать, что комплексы PcG репрессируют транскрипцию, модулируя структуру хроматина ( Francis and Kingston, 2001 ; Ringrose and Paro, 2004 ).
Члены группы trxG, в том числе trithorax ( trx ); absent, small или homeotic 1 ( ash1 ), absent, small или homeotic 2 ( ash2 ) и female-sterile homeotic ( fsh ) изначально были идентифицированы по мутациям, имитирующим мутации НОХ типа "потери функции" у Drosophila ( рис. 12.3 ) ( Kennison, 1995 ). Например, мутации в trx - члене-основателе группы trxG - вызывают частичную трансформацию гальтеров в крылья (благодаря уменьшенной транскрипции Ubx ); первой пары ног во вторую пару (благодаря сниженной транскрипции Scr ); и задних абдоминальных сегментов в более передние образования (благодаря сниженной транскрипции abdA и AbdB ). Многочисленные другие члены trxG были идентифицированы в ходе скрининга на экстрагенные супрессоры мутаций Рс ( Su(Pc) ) ( Kennison and Tamkun, 1988 ). Идея этих генетических скринингов заключалась в том, что снижение уровня белка, поддерживающего активное состояние, должно компенсировать снижение уровня репрессора PcG ( рис. 12.4 ). Локус brahma ( brm ) и многочисленные другие локусы Su(Рс) были идентифицированы с помощью этого подхода, что довело общее число членов trxG до более чем 16 ( табл. 12.1 ). Многие другие белки были классифицированы как члены trxG на основе других, менее строгих критериев, в том числе гомологии по последовательности с известными белками trxG, физической ассоциации с белками trxG, биохимической активности или влияния на транскрипцию НОХ in vitro или in vivo.
Функциональные взаимоотношения между членами trxG и механистическая связь между функцией trxG и поддержанием клеточной судьбы являются сложными. Имеются многочисленные механизмы, посредством которых белок мог бы поддерживать соответствующий высокий уровень экспрессии гомеотического гена (генетическое определение белка trxG), не будучи специально предназначенным [devoted] активатором транскрипции, или белком, предназначенным для эпигенетического контроля. Формальные возможности для функции trxG (в дополнение к способности непосредственно активировать транскрипцию) включают способность усиливать функцию прямых активаторов, способность блокировать функцию репрессоров PcG и способность создавать "пермиссивное" состояние хроматина, облегчающее функционирование других многочисленных регуляторных комплексов. Более того, как обсуждается ниже, некоторые белки trxG играют сложную механистическую роль, которая на одних генах вносит вклад в активацию, а на других генах может вносить вклад в репрессию.
Два коротких примера иллюстрируют сложность потенциальных ролей в отношении белков trxG. Было высказано предположение, что комплексы АТФ- зависимого ремоделинга , такие как комплекс, содержащий белки trxG BRM и MOR , увеличивают способность любого сиквенс-специфичного, связывающегося с ДНК белка связываться с хроматином. Нерешенной проблемой является вопрос о том, может ли этот АТФ-зависимый комплекс ремоделинга использовать эту способность стимулировать и активацию генов посредством увеличенного связывания активаторов, и репрессию посредством увеличенного связывания репрессоров. Другие исследования привели к гипотезе о том, что некоторые комплексы белков trxG могли бы функционировать главным образом путем блокирования способности PcG- репрессорного комплекса функционировать, и что репрессия белками PcG является состоянием "по умолчанию". Таким образом, в этом последнем случае роль в поддержании активного состояния некоторыми белками trxG могла бы отражать косвенные, в противоположность прямым, действия. Эволюционный консерватизм этого семейства и консервативные функции этого семейства наводят на мысль: механизмы какого типа нужны для поддержания соответствующего уровня активации главных регуляторных генов, определяющих клеточную судьбу.
