Кластеры импринтированных генов содержат по меньшей мере одну ncRNA
Из 12 известных кластеров импринтированных генов восемь ассоциированы с ncRNA ( O'Neill, 2005 ). Раньше считалось, что ncRNAs, за исключением тех, которые участвуют в процессинге и трансляции РНК, т.е. таких как РНК сплайсинга, траспортные и рибосомные, являются раритетом в геноме млекопитающих. Теперь, благодаря доступности нуклеотидных последовательностей геномов мыши и человека, может быть выполнен анализ транскриптома, дающий перечень всех РНК-транскриптов в данной клеточной популяции. Уже показано, что большая часть транскриптома млекопитающих (не считая ncRNAs, связанные с процессингом и трансляцией) в основном, как это ни удивительно, состоит из ncRNAs, а не иРНК, кодирующих белки. Большой объем транскрипции ncRNAs в геноме млекопитающих и тот факт, что большое число ncRNAs перекрываются с известным кодирующим белок геном, показывают, что это не может рассматриваться как "транскрипционный шум", но представляет, вероятно, новую, до сих пор неизвестную систему регуляции генов ( Mattick, 2005 ). Был создан Web-сайт, названный NONCODE , чтобы собирать данные о функциональных ncRNAs по всем организмам (http://noncode.bioinfo.org.cn/). Имеются несколько типов ncRNAs млекопитающих, которые, как было показано, обладают регуляторными функциями по отношению к генам, в том числе "короткие" ncRNAs от 21 до 30 п.о., участвующие в путях РНК-интерференции (глава " RNAi и сборка гетерохроматина "), "межгенные" непроцессируемые транскрипты, регулирующие локальную активность хроматина ( Haussecker and Proudfoot, 2005 ), и "длинные" процессируемые ncRNAs, такие как Xist , которая участвует в инактивации Х-хромосомы (глава " Компенсация дозы у млекопитающих ").
Какие типы ncRNAs связаны с кластерами импринтированных генов? Анализ ncRNAs, ассоциирующихся с шестью хорошо охарактеризованными импринтированными кластерами, перечисленными в табл. 19.2 , все еще неполон, выявляя некоторые черты сходства, но и некоторые различия. Три импринтированные ncRNAs являются необычно длинными зрелыми РНК: Air имеет длину 108 т.о. ( Lyle et al., 2000 ), Kcnqlot1 - по крайней мере 60 т.о., но окончательный размер еще не определен ( Mitsuya et al., 1999 ), a Ube3aas может превышать 1000 т.о. ( Landers et al., 2004 ). Напротив, ncRNA Н19 имеет длину всего 2.3 т.о. ( Brannan et al., 1990 ). ncRNA Gtl2 содержит множественные альтернативно сплайсированные транскрипты; однако была отмечена также межгенная транскрипция "вниз по течению", позволяя предполагать, что вероятны и более длинные транскрипционные единицы ( Tierling et al., 2005 ). ncRNa Nespas крупнее, чем можно определить на РНК-блотах, и ее полный размер неизвестен ( Wroe et al., 2000 ). Все эти импринтированные ncRNAs бедны интронами, имеют низкое отношение "интрон - экзон" или не сплайсированы как зрелые транскрипты. Ранее предполагалось, что все импринтированные гены бедны интронами; однако это может быть верно лишь для импринтированных ncRNAs ( Hurst et al., 1996 ). Еще одной особенностью является то, что две импринтированные ncRNAs ( Ube3aas и Gtl2 -тpaнскрипты "вниз по течению") действуют как хозяйские транскрипты для snoRNAs (малых ядрышковых РНК, которые направляют модификации к рРНК, snRNAs и, возможно, иРНК, действуя тем самым как посттранскрипционные регуляторы). snoRNAs не направляются к импринтированным генам иРНК в кластере, и вполне вероятно, что они не играют никакой роли в самом механизме импринтинга ( Seitz et al., 2004 ). Аналогичным образом, miRNAs в кластере Dlk1 участвуют в посттранскрипционной репрессии одного из генов иРНК в кластере, но их роль в регулировании импринтированной экспрессии кластера еще не проверена ( Davis et al., 2005 ).
Две особенности импринтированных ncRNAs показывают, что они могут играть роль в сайленсинге импринтированных генов иРНК (т.е. генов, кодирующих белки) в кластере. Первая заключается в том, что ncRNA обычно обнаруживает реципрокную специфичную в отношении родителя экспрессию по сравнению с импринтированными генами иРНК ( табл. 19.2 ). Во-вторых, DMR , несущий гаметический импринт метилирования, который контролирует импринтированную экспрессию целого кластера, перекрывается с промотором ncRNA в трех случаях ( Air , Kcnqlot1 , Gnas Exon1a ). Это могло бы служить указанием на то, что эти импринты возникли для регуляции ncRNA в каждом импринтированном кластере. В пользу такой интерпретации свидетельствуют эксперименты, в которых делегировали неметилированную последовательность, несущую гаметический DMR, вызывая тем самым утрату экспрессии ncRNA одновременно с приобретением экспрессии импринтированных генов иРНК ( рис. 19.6 ), как было проверено в кластерах Igf2r , Kcnq1 , Gnas , Pws и Dlk1 ( Wutz et al., 1997 ; Bielinska et al., 2000 ; Fitzpatrick et al., 2002 ; Lin et al., 2003 ; Williamson et al., 2006 ). Кластер lgf2 представляет собой исключение, потому что оказывается, что неметилированный гаметический DMR не является непосредственным регулятором ncRNA H19 ( Thorvaldsen et al., 1998 ).
Эксперименты, в которых прямо тестируется роль самой ncRNA, были проведены для двух ncRNAs из кластеров импринтированных генов типа I ( Air и Kcnqlot1 ) и одной ncRNA ( Н19 ) из кластера типа II. Укорочение ncRNA Air длиной 108 т.о. до 3 т.о. показало, что сама ncRNA необходима для сайленсирования всех трех генов иРНК в кластере Igf2r, указывая тем самым на четкую регуляторную роль этой ncRNA ( Sleutels et al., 2002 ). Кроме того, укорочение ncRNA Kcnqlot1 , имеющей длину 60 т.о., до 1,5 т.о. также показало, что эта ncRNA прямо нужна для сайленсирования всех десяти генов иРНК в более крупном кластере Kcnq1 ( Mancini-DiNardo, 2006 ). Напротив, точная делеция ncRNA Н19 и промотора не оказала никакого влияния на импринтинг в кластере Igf2 в тканях эндосперма, хотя в мезодермальной ткани наблюдалась некоторая потеря импринтинга ( Schmidt et al., 1999 ). Таким образом, два из матерински- импринтированных кластеров типа I имеют общий механизм сайленсинга, зависящий от ncRNA, тогда как единственный отцовски-импринтированный кластер типа II, изученный до настоящего времени, использует другую модель, зависящую от инсулятора. Мы с нетерпением ждем результаты по другим импринтированным кластерам, чтобы посмотреть, указывает ли все это на существование только двух типов базовых механизмов импринтинга у млекопитающих - один для отцовски-импринтированных кластеров, а другой для матерински-импринтированных кластеров.
