Консерватизм модификаций хроматина, опосредованных RNAi, у животных
Возможно, наиболее всесторонне изученные примеры эпигенетического сайленсинга мы находим у животных, в том числе у Drosophila и С. elegans , а также у мыши. Роль РНК и РНК-интерференции в транскрипционном сайленсинге и модификациях гетерохроматина оказывается консервативной у некоторых модельных животных, как и у протистов и растений. У Drosophila и PIWI , и Aubergine (Sting) , гомолог Argonaute класса PIWI, необходимы для эпигенетического и гетерохроматинового сайленсинга (глава " DROSOPHILA: ЭФФЕКТ ПОЛОЖЕНИЯ, ГЕТЕРОХРОМАТИН И САЙЛЕНСИНГ ГЕНОВ ). Ретротранспозоны Gypsy являются "мишенью" сайленсинга в клетках фолликулов яичника и женских гонадах со стороны самого PIWI ( Sarot et al., 2004 ). Это опосредуется гетерохроматиновым геном Flamenco (со все еще не известной функцией) и требует 5'UTR полипротеинового гена Gypsy. Выявление малых РНК размером 25-27 нуклеотидов из этого района заставляет предполагать, что это происходит с помощью механизма, опосредуемого RNAi. ДНК-транспозоны типа "cut-and-paste" также подвержены влиянию RNAi . Например, некоторые теломерные Р-элементы (один из типов ДНК-транспозонов) могут супрессировать перемещение в другое место в геноме, когда они унаследованы через женский зародышевый путь, давая в результате сильно репрессивный "цитотип". Эта репрессия полностью зависит от гомолога PIWI , Aubergine , а также от гомолога Swi6 , НР1 ( Reiss et al., 2004 ). Однако не все Р-репрессивные цитотипы - например, цитотипы, опосредуемые другими, не теломерными Р-элементами, - зависят от Aubergine или НР1.
У Drosophila несцепленные трансгены сайленсируются посттранскрипционно, если они присутствуют во многих копиях ( Pal-Bhadra et al., 1997 , Pal-Bhadra et al., 2002 ). Сайленсинг связан с большими количествами siRNa размером 21 нуклеотид и зависит от PIWI. Трансгенные слияния могут тоже сайленсировать друг друга транскрипционно, способом, требующим хроматиновый репрессор Polycomb . Этот сайленсинг не связан с повышенными уровнями siRNA из транскрипта трансгена, но (в основном) зависит от PIWI. Участие Polycomb в этом примере зависимого от PIWI сайленсинга и НР1 в других примерах указывает на путь RNAi и метилирование гистонов в процессе сайленсирования. У Drosophila тандемные порядки трансгенов также обнаруживают эффект положения мозаичного типа, и эта мозаичность сильно подавляется мутантами по НР1, а также по piwi , aubergine и предполагаемой РНК-геликазе Spindle-E (hornless) ( Pal-Bhadra et al. 2004 ). Трансгены, вставленные в центрический гетерохроматин, также испытывают влияние, и в клетках, мутантных по Spindle-E, уровни НЗК9mе2 гетерохроматина снижены. Эти наблюдения убедительно свидетельствуют в пользу роли как белков хроматина, так и компонентов RNAi-пути в сайленсинге генов, находящихся в гетерохроматине Drosophila.
В мужском зародышевом пути Drosophila гетерохроматиновые повторы Supressor of Stellate (Su(ste)), локализующиеся на Y-хромосоме, транскрибируются во время развития сперматоцитов сначала на антисмысловой нити, а затем на обеих нитях, возможно, после вставки близлежащего транспозона ( Aravin et al., 2001 ). Эти ядерные транскрипты требуются, чтобы сайленсировать смысловые транскрипты близкородственного гена Stellate , сцепленного с X, сверхэкспрессия которого приводит к дефектам в сперматогенезе. Хотя здесь участвуют гетерохроматиновые последовательности, сайленсинг в этом случае является, по-видимому, посттранскрипционным, связан с siRNA размером 25-27 нуклеотидов и зависит как от Aubergine, так и от Spindle-E.
У С. elegans были опубликованы примеры TGS в соматических клетках. Это зависит от генов RNAi -пути rde-1 , dcr-1 , rde-4 и rif-1 , а также от гомологов НР1 и аппарата модификации гистонов ( Grishok et al., 2005 ). Соматический гетерохроматин не очень широко распространен у С. elegans, но в зародышевом пути описан пример естественно происходящего зависимого от RNAi гетерохроматинового сайленсинга ( Sijen and Plasterk, 2003 ). Во время мейоза неспаренные последовательности, такие как Х-хромосома у самцов, сайленсируются посредством H3K9me2 , и этот сайленсинг зависит от РНК-зависимой РНК-полимеразы ( Maine et al., 2005 ; глава " Эпигенетическая регуляция Х-хромосом у С. elegans "), что напоминает о мейотическом сайленсинге неспаренной ДНК ( MSUD ) у Neurospora (см. Shiu et al., 2001 ; и глава " ЭПИГЕНЕТИКА SCHIZOSACCHAROMYCES РОМВЕ И NEUROSPORA CRASSA "). Однако другие компоненты аппарата RNAi не связывали с этим процессом и неизвестно, связано ли это механистически [mechanistically] с опосредованной RNAi сборкой гетерохроматина у дробянковых дрожжей.
Наконец, как и у Drosophila, у клеток млекопитающих нет генов, родственных генам РНК-зависимых РНК-полимераз, найденных у растений, червей и грибов. Тем не менее, участие антисмысловой РНК предполагалось в большинстве лучше всего изученных эпигенетических явлений - импринтинге и инактивации Х-хромосомы (главы " Геномный импринтинг у млекопитающих " и " Компенсация дозы у млекопитающих ", соответственно). В случае инактивации Х-хромосомы сплайсированная и полиаденилированная некодирующая РНК размером 17 тыс. о., известная как Xist, необходима для сайленсирования неактивной Х-хромосомы, с которой она экспрессируется. Напротив, на активной Х-хромосоме сайленсирована сама Xist, этот процесс отчасти зависит от антисмысловой РНК Tsix . Сайленсинг сопровождается модификацией гистонов, ассоциированных с участками хроматина "вверх по течению", которые маркированы НЗК9mе2 и НЗК27mеЗ (глава " Компенсация дозы у млекопитающих "). Сайленсинг других импринтированных локусов у мышей, в том числе I gf2r и района Dlk1 - Gtl2 , также поддерживается антисмысловыми транскриптами с отцовской или материнской аллели, соответственно. В случае Dlk1-Gtl2 эта некодирующая РНК специфически процессируется в miRNA , "нацеливающую" антисмысловой транскрипт с отцовской аллели, кодирующей ретротранспозон класса sushi (gypsy) ( Davis et al., 2005 ).
Хотя видны многочисленные параллели с "прямой" и "обратной" транскрипцией с гетерохроматиновых повторов у S. pombe , роль самой RNAi в импринтинге и инактивации Х-хромосомы до сих пор оказывалась неуловимой. Тем не менее, введение siRNA в клетки раковых линий могло приводить к тому, что хроматин оказывался маркированным НЗК9mе2 в гомологичных промоторах ( Ting et al., 2005 ). В некоторых случаях это могло приводить и к метилированию ДНК ( Morris et al., 2004 ), опосредованному, возможно, прямым связыванием малых РНК с ДНК-метилтрансферазами и белками, связанными с метилированием ДНК ( Jeffery and Nakielny, 2004 ). Наконец, клеточные линии позвоночных, нокаутных по Dicer , демонстрировали дефекты расхождения хромосом (напоминающие те, которые были обнаружены у мутантов дробянковых дрожжей), сопровождаемые изменениями в морфологии гетерохроматина, в экспрессии сателлитных повторов и нарушениями в локализации когезина ( Fukagawa et al., 2004 ; Kanellopoulou et al., 2005 ).
