Гетерохроматин S. cerevisiae
Гетерохроматин у дрожжей находится в "молчащих"локусах типов спаривания НМ и теломерах .
У дрожжей информация, детерминирующая типы спаривания (а или альфа, см. " Жизненный цикл S. cerevisiae "), находится в трех локусах, HMLальфa , MAT , и HMRальфа , III хромосомы. Локусы HMLaльфа (примерно 11 т.п.н. от левой теломеры) и HMRa (-23 т.п.н. от правой теломеры; рис. 4.3 б,в) расположены между короткими элементами ДНК, называемыми сайленсерами Е и I . Только когда любая из двух "молчащих" кассет копируется и интегрируется в активный локус MAT, она приобретает способность транскрибироваться в нормальной клетке. Перенос информации из локуса HMLaльфа в локус МAТ приводит к образованию клетки с типом спаривания альфа (MATальфа), а перенос информации из локуса HMRa в локус МAТ- клетки типа а (MATа) ( рис. 4.3 б). Это показывает, что гены и промоторы в локусах НМ невредимы, но находятся в стабильно репрессированном состоянии до тех пор, пока остаются в этих локусах. Это - существенное для поддержания способности к скрещиванию обстоятельство, поскольку одновременная экспрессия в одной и той же клетке транскриптов обоих типов (а и альфа) приводит к возникновению не способного к скрещиванию стерильного состояния. Регистрация стерильного фенотипа оказалась весьма полезной для идентификации мутаций, нарушающих сайленсинг локусов НМ . Белки-регуляторы сайленсинга (silent information regulatory proteins - SIRs ) SIR1, SIR2, SIR3 и SIR4 были обнаружены именно как необходимые для полной репрессии "молчащих" локусов НМ (см. обзор Rusche et al., 2003 ). Мутации sir2, sir3, и sir4 приводят к полной утрате сайленсинга, в то время как при мутациях sir1 лишь часть клеток MATа утрачивает способность к спариванию из-за нарушения репрессии локуса НМ. Благодаря частичному фенотипу sir1-дефектных клеток удалось показать, что альтернативные состояния (спаривающееся- неспаривающееся) могут наследоваться в последовательных поколениях делящихся генетически идентичных клеток ( Pillus and Rine, 1989 ). Это послужило ясной демонстрацией того, что репрессия типов спаривания обладает характерными чертами эпигенетически контролируемого процесса. Кроме того, в других исследованиях было показано, что в образовании структуры гетерохроматина участвуют N-концевые участки молекул гистонов НЗ и Н4 , белок-активатор репрессора 1 (repressor activator protein 1 - Rap1 ) и комплекс узнавания ориджинов репликации (origin recognition complex - ORC ) (см. обзор Rusche et al., 2003 ).
Гетерохроматин присутствует также непосредственно по соседству с повторами теломерной ДНК дрожжей (C1-3A/TG1-3). При интеграции репортерных генов, таких как Ura3 или Ade2 , рядом с теломерными повторами происходит их репрессия по мозаичному и эпигенетическому типу ( Gottschling et al. 1990 ). Этот эффект ( TPE ), как и сайленсинг локусов НМ, зависит от Rap1, Sir2, Sir3, Sir4 и N-концевых участков молекул гистонов ( Kayne et al., 1988 ; Aparicio et al., 1991 ). Генетические исследования свидетельствуют о том, что, за исключением Sir1, близкие механизмы обеспечивают сайленсинг в области локусов НМ и в примыкающих к теломерам участках. Более того, учитывая способность репортерных генов в субтеломерных участках достаточно часто переключаться между "молчащим" и экспрессирующимся состояниями, данный тип репрессии, по-видимому, весьма близок явлению мозаичности, обусловленной эффектом положения (PEV) у дрозофилы .
У дрожжей четыре белка Sir, осуществляющих репрессию, не имеют существенной взаимной гомологии. Белки Sir1, Sir3 и Sir4 консервативны только у самих S. cerevisiae и близких им видах почкующихся дрожжей. Sir2, напротив, является родоначальником большого семейства НАД- зависимых деацетилаз гистонов, консервативного от бактерий до человека ( рис. 4.4 ). Роль sir2-подобных деацетилаз гистонов в репрессии транскрипции обнаружена даже у организмов, не имеющих других Sir белков, таких как делящиеся дрожжи и двукрылые. У дрожжей Schizosaccharomyces pombe активность Sir2 необходима для сайленсинга транскрипции вблизи теломер, а у дрозофилы она влияет на стабильность эффекта РЕV (см. обзор Chopra and Mishra, 2005 ). Сопряженный с деацетилированием гидролиз НАД белком Sir2 приводит к образованию О-ацетил-АДФ-рибозы, интермедиата, возможно имеющего свою собственную функцию ( Tanner et al. 2000 ). Важно отметить, что помимо гистонов ферменты семейства Sir2 модифицируют множество других субстратов, причем имеется обширная ветвь этого семейства, состоящая из цитоплазматических ферментов ( рис. 4.4 ). Разнообразие функций Sir2 можно проиллюстрировать тем, что у млекопитающих ферменты этого семейства деацетилируют факторы транскрипции FOXO и р53 в ответ на стресс и повреждение ДНК, изменяя тем самым их взаимодействие. У почкующихся дрожжей Sir2 имеет важную роль помимо участия в сайленсинге, а именно подавляет нереципрокную рекомбинацию высокоповторяющихся генов рДНК локуса в области ядрышка ( Gottlieb and Esposito, 1989 ).
