Компенсация дозы связана с модификации хроматина у Drosophila
Ни один из первоначально идентифицированных факторов, участвующих в компенсации дозы, не обнаруживал характерных признаков HAT . Поскольку все предшествовавшие поиски мутантов были сконцентрированы на скрининге главных аутосом, был проведен новый поиск сцепленных с X специфичных для самцов летальных мутаций, и был идентифицирован новый ген, males absent on the first ( mof ) ( Hilfiker et al., 1997 ). Рекомбинантный белок, кодируемый mof, является HAT, специфически ацетилирующей гистон Н4 по лизину 16 ( Akhtar and Becker, 2000 ); он является интегральной частью комплекса MSL и однозначно отвечает за эту изоформу Н4 на Х-хромосоме самцов ( Smith et al., 2000 ). MOF является членом подсемейства в семействе HATs, обозначаемом как MYST . Это подсемейство, характеризующееся присутствием хромодомена, можно далее подразделить на ферменты, которые специфически ацетилируют Н4К16 in vivo (MOF и MOF человека; Smith et al., 2005 ) и такие ферменты, как Esa1 (essential SAS- related acetyltransferase 1 protein) у дрожжей, которые ацетилируют все четыре терминальных лизина в Н4 ( Smith et al., 1998 ). Еще один член семейства MYST, SAS2 , специфически ацетилирует Н4К16 у дрожжей, но не имеет хромодомена.
В то же самое время, когда был открыт и охарактеризован MOF, были установлены каталитические свойства MLE , другой субъединицы с предполагаемой ферментативной активностью. Оказалось, что MLE обнаруживает in vitro активности РНК/ДНК-геликазы, аденозинтрифосфатазы (АТФазы) и связывания с однонитевой HYR |ssDNA ( Lee et al., 1997 ), предрекая потенциальную роль РНК в функции MSL . Некоторые мультибелковые комплексы, взаимодействующие с хроматином для контроля скорости транскрипции эухроматиновых генов, используют гидролиз АТФ для изменения нуклеосомной конформации. За гидролиз АТФ отвечает семейство белков, содержащих геликазный домен ( Sif, 2004 ); хотя это семейство может и не выполнять ту же самую функцию в комплексе MSL , оно представлено MLE. Ортологи MLE, в число которых входит РНК-геликаза A человека ( RHA ), принадлежат к подсемейству РНК-геликаз DEXH и характеризуются приобретением новых доменов ( Kuroda et al., 1991 ) и консервативного аминотерминального участка длиной приблизительно 350 аминокислот ( Pannuti and Lucchesi, 2000 ). MLE может осуществлять свою функцию в компенсации дозы скорее путем изменения структуры РНК, а не помогая в ремоделинге хроматина.
Специфическая роль остальных компонентов комплекса MSL не вполне понятна. MSL3 , субъединица комплекса MSL , характеризующаяся присутствием неканонического хромодомена и домена "chromoshadow" ( Aasland and Stewart, 1995 ; Koonin et al., 1995 ), является членом семейства белков, которые могли совместно эволюировать с HATs , несущими хромодомен ( Pannuti and Lucchesi, 2000 ). У дрожжей член этого семейства, Eaf3 (Esal-associated factor-3 protein), обнаружен в комплексе NuA4 с энзимом Esa1 группы MYST ( Eisen et al., 2001 ). У Drosophila мультибелковый комплекс Tip60 включает MRG15 , паралог MSL3 ( Kusch et al., 2004 ). У человека MRG15 связан с MOF в комплексе MAF2 ( Pardo et al., 2002 ). Особый интерес представляет существование у человека еще одного комплекса, родственного комплексу MSL и включающего человеческие гомологи MOF , MSL1 , MSL2 и MSL3 . Этот комплекс, специфически ацетилирующий Н4К16 гистонов и отвечающий за большую часть этой изоформы гистонов в клетках человека, может включать одну из трех разных версий дрозофилиного гомолога MSL3, кодируемого двумя разными генами ( Smith et al., 2005 ).
У Drosophila MSL1 и MSL2 , как оказалось, опосредуют связывание комплекса MSL с хроматином ( Kelley et al., 1995 ; Copps et al., 1998 ; Gu et al., 1998 ). Ни один из этих белков не содержит какой-либо поддающийся идентификации домен, связывающийся с ДНК, и "нацеливание" на хроматин, как оказалось, требует их ассоциации. MSL1 взаимодействует с доменом "RING finger" VSL2 через аминотерминальный домен типа coiled-coil ( Copps et al., 1998 ; Scott et al., 2000 ) и с MSL3 и MOF через соседние консервативные карбокситерминальные домены ( Morales et al., 2004 ). Ассоциация MSL2 с Х-хромосомой оказывается замечательно стабильной ( Straub et al., 2005с ). О гомологах MSL1 и MSL2 у человека сообщил Мартин ( Martin, 2003 ). Поскольку у Drosophila MSL1 и MSL2 отвечают за ассоциацию комплекса MSL с Х-хромосомой, есть смысл пофантазировать, что hMSL1 и hMSL2 могут играть роль в "нацеливании" комплекса MSL человека на сайты его действия.
Вполне вероятно, что кроме специфичных для самца факторов некоторые общие факторы, участвующие в организации хроматина и транскрипции у обоих полов, участвуют и в компенсации дозы. JIL-1 , тандемная киназа, обнаруживается на всех хромосомах и у самцов, и у самок, но ее концентрация выше на Х-хромосоме самцов. Эта повышенная концентрация зависит от комплекса MSL . JIL-1 опосредует фосфорилирование гистона НЗ и поддерживает открытую структуру хроматина в транскрипционно активных районах генома ( Jin et al., 1999 ; Wang et al., 2001 ); тем не менее, еще предстоит определить, играет ли он специфическую или общую роль в компенсации дозы. Было также обнаружено, что ядерные белки, в том числе нуклеопорины и субъединицы экзосомного комплекса иммунопреципитируются совместно с некоторыми MSL ( Mendjan et al., 2006 ). Роль, которую эти белки могут играть в компенсации дозы, не определена.
Активность этого комплекса, должно быть, развилась для контроля предсуществовавших групп генов, каждая с их собственными специфическими регуляторными сигналами и внутренне присущими уровнями экспрессии. В пользу того, что комплекс MSL может "нацеливаться" на активные гены, говорит следующее наблюдение: связывание эктопического MSL появляется в регулируемых трансгенах, вставленных в X, только после индукции экспрессии ( рис. 16.4 ) ( Sass et al., 2003 ). На каком этапе общая транскрипция могла бы увеличиваться (be up-regulated) до двукратного уровня? У самцов Drosophila Н4К16ас не ограничен промоторным участком компенсированных генов, сцепленных с X; скорее, он обнаруживается по всей длине сцепленных с X транскрипционных единиц, на которые "нацелен" комплекс MSL, с относительно скромными уровнями ацетилирования в промоторных участках и высокими уровнями в средних участках и (или) З'- концах ( Smith et al., 2001 ). Такое распределение ацетилирования заставляет предполагать, что комплекс MSL функционирует, чтобы увеличить экспрессию сцепленных с X генов, путем облегчения транскрипционной элонгации и, возможно, рециклирования РНК-полимеразы, а не непосредственного увеличения доступности промотора.
Для объяснения функции комплекса MSL была предложена альтернативная гипотеза ( Birchler et al., 2003 ). Эта гипотеза основывается на представлении, что у самок активность всех хромосом устанавливается, наряду с другими факторами, однородным распределением MOF . У самцов, в силу отсутствия одной Х-хромосомы, для аутосом и для единственной Х-хромосомы доступна более высокая концентрация MOF и неизвестных факторов, что приводит к более высоким уровням их активности; комплекс MSL образуется и рекрутируется к Х-хромосоме для того, чтобы изолировать факторы гипертранскрипции, в том числе MOF, от аутосом. В этой модели главная роль комплекса MSL заключается в том, чтобы даун-регулировать аутосомные гены, а не в том, чтобы ап-регулировать гены, сцепленные с X. Однако этой гипотезе противоречат два независимых исследования; в них показано, что утрата "нацеливания" комплекса MSL клетках культуры ткани самца уменьшали транскрипцию генов на Х-хромосоме, в то время как уровень экспрессии аутосомных генов не изменялся ( Hamada et al., 2005 ; Straub et al., 2005b ). Аналогичные результаты были опубликованы относительно экспрессии сцепленного с X гена в мужской зародышевой линии.
Сборка хроматина подразделена на связанную с репликацией и не зависимую от репликации откладку [deposition] нуклеосом. Последняя происходит в транскрипционно активных районах хроматина и включает замещение гистона НЗ вариантом НЗ.З (глава " Варианты гистонов и эпигенетика "). С этим наблюдением согласуется тот факт, что скорость включения гистона НЗ.З в Х-хромосому в клетках самца повышена по отношению к аутосомам ( Mito et al., 2005 ).
