Метилирование H3K9
Этот тип метилирования является сегодня наиболее изученной модификацией гистонов, главным образом потому, что энзим, метилирующий НЗК9, - SUV39H1 - был первой идентифицированной НКМТ ( Rea et al., 2000 ). Ее гомологу Drosophila, Su(var)3-9 , первоначально был идентифицирован как супрессор мозаичности, что указывало на то, что он участвует в механизме сайленсинга эффекта положения мозаичного типа ( PEV ), который связан с распространением гетерохроматина в соседние эухроматиновые гены (дополнительные детали см. в главе " DROSOPHILA: ЭФФЕКТ ПОЛОЖЕНИЯ, ГЕТЕРОХРОМАТИН И САЙЛЕНСИНГ ГЕНОВ "). Осознание того, что SUV39H1 по нуклеотидной последовательности сходен с метилтрансферазой растений, субстратом для которой является Rubisco , привело к идентификации домена Suv39 SET как каталитического домена, способного метилировать НЗК9.
Был достигнут прогресс в определении функции метилирования НЗК9 в формировании перицентромерного гетерохроматина, что широко обсуждается также и в других главах (об исследованиях на Drosophila см. главу " DROSOPHILA: ЭФФЕКТ ПОЛОЖЕНИЯ, ГЕТЕРОХРОМАТИН И САЙЛЕНСИНГ ГЕНОВ ", об исследованиях на S. pombe см. главу " ЭПИГЕНЕТИКА SCHIZOSACCHAROMYCES РОМВЕ И NEUROSPORA CRASSA " и об исследованиях по опосредованному RNAi формированию гетерохроматина см. главу " RNAi и сборка гетерохроматина "). Эти результаты получены в основном в исследованиях на дробянковых дрожжах и млекопитающих, где гетерохроматиновые структуры, как полагают, достаточно консервативны (но обратите внимание на то, что у почкующихся дрожжей метилирование НЗК9 не было обнаружено). Суммируя, можно сказать, что первый этап нашего понимания возник на основе исследований факторов, участвующих в установлении гетерохроматина. В их число входит кооперация двух белков: SUV39H (или Clr4 у дробянковых дрожжей) и его партнер по связыванию НР1 (или Swi6 у дробянковых дрожжей [ Nakayama et al., 2001 ; Noma et al, 2001 ]). Была предложена модель, в которой SUV39H метилирует НЗК9, создавая платформу для связывания НР1 через его хромодомен ( Bannister et al., 2001 ; Lachner et al., 2001 ). Коль скоро HP1 связался, он может распространяться на соседние нуклеосомы за счет его ассоциации с SUV39Y, который далее катализирует метилирование соседних гистонов ( Nakayama et al., 2001 ). Кроме того, НР1 ассоциируется сам с собой через домен "chromoshadow" , облегчая распространение гетерохроматина. Однако каким образом распространение НР1 диктует формирование плотно упакованных гетерохроматиновых структур остается неизвестным.
Вышеуказанная модель предсказывает, что должен быть специальный механизм основанного на гетерохроматине рекрутирования для фермента SUV39H НКМТ, прежде чем станет возможным распространение НР1. Ключ к разгадке того, что бы это могло быть, был получен в серии экспериментов на дробянковых дрожжах, которые продемонстрировали связь между формированием гетерохроматина и образованием коротких интерферирующих РНК ( siRNAs ) ( Hall et al., 2002 ; Volpe et al., 2002 ). Эти РНК возникают в результате двунаправленной транскрипции центромерных повторов, которые процессируются в siRNAs ферментом dicer . Эти siRNAs упаковываются затем в комплекс RITS , который содержит обладающий хромодоменом белок, Chp1 , который связывается с метилированным НЗК9. Таким образом, "нацеливание" комплекса RITS на хроматин образует начальную стадию формирования гетерохроматина.
Распространение и поддержание гетерохроматина на участке, 20 т.п.н., как описано выше, требует метилирования НЗК9 гистона Сlr4 НКМТ и связывания Swi6 с метилированным по НЗК9 хроматином ( Martin and Zhang, 2005 ; дополнительные детали см. в главе " RNAi и сборка гетерохроматина ").
Представление о взаимозависимости разных репрессивных эпигенетических механизмов возникло из исследований, проводившихся вначале на Neurospora crassa, но также и на растениях, особенно заметно продемонстрировавших связь между метилированием НЗК9 и процессом метилирования ДНК (главы " ЭПИГЕНЕТИКА SCHIZOSACCHAROMYCES РОМВЕ И NEUROSPORA CRASSA " и " RNAi и сборка гетерохроматина "). Метилирование НЗК9 необходимо для того, чтобы имело место метилирование ДНК; по-видимому, действует и реципрокная связь, когда метилирование НЗК9 зависит от метилирования ДНК. Более того, исследования на раковых клетках млекопитающих, у которых нет ДНК-метилтрансферазных ферментов (Dnmts) , показывают сниженные уровни метилирования НЗК9, и это можно приписать тому, что связывающийся с метил-CpG белок 1 ( MBD1 , methyl-CpG-binding protein 1) ассоциируется с НЗК9 НКМТ SETDB1 ( Zhang and Reinberg, 2001 ; Martin and Zhang, 2005 ; дополнительные детали см. в главе " Метилирование ДНК у млекопитающих ").
Метилирование по НЗК9 функционирует также в репрессии эухроматиновых генов. ChIPs выявляют это метилирование в промоторе генов млекопитающих, когда эти гены "молчат". Механизм этой репрессии в эухроматиновых сайтах, по-видимому, слегка отличается от механизмов, встречающихся в гетерохроматиновых районах. Репрессорный белок RB предъявляет SU-V39H1 НКМТ и НР1 таким эухроматиновым генам, как ген регулируемого E2F циклина Е. Однако, в отличие от гетерохроматина, заполнение НР1, по-видимому, ограничено одной или немногими нуклеосомами вокруг сайта инициации, даже несмотря на то, что метилирование НЗК9 происходит и в других местах на промоторе. В другом примере репрессор KAP1 приносит ESET/SET-DB1 НКМТ к промотору генов, регулируемых KAP1, и сайленсирует транскрипцию метилированием НЗК9 и рекрутированием НР1. То, что НР1 специфически ограничены этими эухроматиновыми промоторами, и предотвращение распространения позволяют предполагать для НР1 наличие отдельного механизма действия по отношению к его гетерохроматиновой роли. Один возможный способ действия НР1 , получивший некоторую поддержку, заключается в том, что он действует как якорь, закрепленный в богатых гетерохроматином ядерных компартментах. В ходе репрессии эухроматиновых генов наблюдали движения, показывающие, что "молчащий" ген смещается в гетерохроматиновый район, и это перемещение зависит от гамма-изоформы НР1 ( Martin and Zhang, 2005 ).
Формирование гетерохроматина в теломерах, хотя и связано с НР1 и метилированием НЗК9, отличается от вышеупомянутых перицентромерных и "молчащих" эухроматиновых районов. У Drosophila НР1 не рекрутируется к теломерным концам через его хромо - и "chromoshadow" домен , и метилирование НЗК9 катализируется неизвестной НКМТ. У млекопитающих другие гомологи НР1, СВХ1 , СВХЗ и СВХ5 участвуют в связывании с метилированным НЗК9, преобразованным белками SUV39H1 и SUV39H2 для формирования репрессивных хроматиновых доменов на хромосомных концах (дополнительные детали см. в главе " Эпигенетическая регуляция хромосомного наследования хроматина ").
