История эпигенетики: 58 симпозиум Колд Спринг Харбор (часть I)
58-й симпозиум отвел главное место празднованию 40-й годовщины открытия, сделанного Уотсоном и Криком. Частью этого торжества была выездная "тусовка", посвященная эпигенетическим явлениям: говорилось об идентификации новых явлений, начале молекулярного анализа других явлений, на ряде систем был достигнут существенный прогресс, позволяющий предлагать гипотезы и тестировать их.
У трипаносом гены семейства Генов Вариабельных Поверхностных антигенов (VSG - Variable Surface antigene Genes), локализованных возле теломер , в основном молчат, и в каждый данный момент экспрессируется только один VSG. Хотя этот организм, по-видимому, не содержит метилированной ДНК, сообщалось, что молчащие гены VSG содержат новое минорное основание, бета-D-глюкозилгидроксиметилурацил ( Borst et al., 1993 ). Это основание, по-видимому, занимает в ДНК место тимидина. Нетрудно провести параллели между этим основанием и метилированием цитозина у других организмов - эти модификации важны для поддержания молчащего гена. Но как это основание вводится в ДНК или как оно осуществляет такую функцию, было неясно.
Прогресс был также достигнут в изучении эпигенетических явлений у позвоночных, в том числе хромосомного импринтинга и инактивации Х-хромосомы ( Ariel et al., 1993 ; Li et al., 1993 ; Tilghman et al., 1993 ; Willard et al., 1993 ). К этому времени стало ясно, что у млекопитающих многие локусы подвержены импринтингу; в диплоидных клетках экспрессируется лишь одна аллель, и экспрессия зависит от ее происхождения от того или другого родителя. Особый интерес представлял локус Igf2-Hl9, главным образом потому, что он содержал два соседних гена, которые регулировались противоположным образом. Igf2 экспрессируется в отцовской хромосоме, тогда как материнская копия репрессирована; в то же время отцовская аллель Нl9 репрессирована, а материнская аллель этого гена экспрессируется. Интересно, что метилированные CpG наблюдались на отцовской хромосоме непосредственно "вверх по течению" от обоих генов. Предположили, что дифференциальное метилирование регулирует доступ этих двух генов к близлежащему энхансерному элементу - этот энхансер расположен ближе к Нl9 и непосредственно "вниз по течению" от него ( Tilghman et al., 1993 ). Можно было представить себе взаимоисключающую конкуренцию между этими двумя генами за энхансер; когда ген Нl9 метилирован, энхансер свободен и активирует более удаленный ген Igf2. В пользу идеи, что метилирование ДНК играет регуляторную роль в этом процессе, свидетельствовали эксперименты с мышами. Мутация первого гена позвоночных, кодирующего 5-метилцитозин-ДНК-метилтрансферазу в ES-клетках, показала, что по мере развития эмбрионов отцовская копия Нl9 становилась гипометилированной, и этот ген становился транскрипционно активным ( Li et al., 1993 ).
Важным шагом в расшифровке того, как 5MeCpG опосредует свои эффекты, явилась очистка первого комплекса, связывающегося с 5MeCpG в ДНК (MeCP1 - 5MeCpG DNA-binding complex) ( Bird 1993 ). MeCP1 не только связывается с ДНК, но и, связавшись "вверх по течению" от репортерного гена , вызывает репрессию этого гена. Хотя это и не объясняло регуляцию в локусе Igf2-Hl9, но давало возможный механизм для объяснения общей корреляции между метилированием ДНК и репрессией гена.
Генетическое картирование на протяжении ряда лет позволило идентифицировать ту часть Х-хромосомы человека, которая является критичной для инактивации Х-хромосомы. Исследования этого центра Х-инактивации с использованием молекулярного клонирования привели к открытию гена Xist ( Willard et al., 1993 ), некодирующей РНК размером 17 т.о., который экспрессируется только на неактивной Х-хромосоме. Мышиная версия Xist оказалась на удивление гомологичной по структуре и нуклеотидной последовательности и обещала стать прекрасной модельной системой для "расчленения" того пути, на котором эта РНК функционирует и репрессирует большую часть Х-хромосомы.
Два заслуживающих внимания открытия были описаны у Neurospora ( Selker et al., 1993 ). Во-первых, было показано, что метилирование цитозинов в ДНК не ограничено динуклеотидами CpG , а может происходить как будто бы в любом ДНК-контексте. Вторым открытием стало описание удивительного явления индуцируемых повторами точечных мутаций (RIP - repeat-induced point mutation). Когда в гаплоидном геноме имеется дупликация некой последовательности (сцепленная или несцепленная), и этот геном посредством конъюгации проводится через половой цикл, нуклеотидные последовательности становятся "RIPoванными". Происходят два события: обе копии дуплицированной ДНК приобретают мутации типа G:C-* A:Т, а ДНК в пределах нескольких сотен пар оснований "RIPoванных" последовательностей становится метилированной. Эта двойная атака на геном весьма эффективна - 50% несцепленных локусов подвержены RIР, тогда как тесно сцепленные локусы достигают 100% - и легко подавляет функцию генов.
Ген brown у Drosophila, будучи транслоцирован в соседство с гетерохроматином, демонстрирует доминантный PEV ; транслоцированная копия может вызвать репрессию копии дикого типа. В ходе поисков энхансеров и супрессоров этого явления trans-инактивации Хеникоф (Henikoff) открыл, что дупликация гена, локализованного вблизи гетерохроматина, повышает уровень репрессии на нормальной копии ( Martin-Morris et al., 1993 ). Хотя механизм, лежащий в основе этого события, оставался загадочным, постулировали, что это явление могло бы быть аналогичным RIP у Neurospora, хотя оно должно происходить в отсутствии метилирования ДНК, которое у Drosophila не происходит.
