Метилтрансфераза гистонов
Белки, метилирующие лизиновые остатки в гистонах (упоминающиеся в этой книге как гистоновые лизин метилтрансферазы или HKMTs ) и другие, содержат общий SET домен (SU(VAR)/E(Z)/TRX) . Благодаря тому, что они обладают способностью метилировать гистон НЗ или Н4 по разным лизиновым остаткам, различные комплексы белков с SET доменами играют заметную роль в промотировании или ингибировании транскрипции специфических генов и формировании гетерохроматина. Некоторые белки с SET доменом являются членами так называемых групп поликомб (PcG) и триторакс (trxG) , они соответственно поддерживают транскрипционно неактивное или активное состояние гомеотических генов при развитии растений и животных (главы " Транскрипционный сайленсинг, осуществляемый белками группы Polycomb " и " Регуляция транскрипции белками группы Trithorax "). Другие SET доменные белки, такие как SU(VAR)3-9 , участвуют в поддержании конденсированного состояния гетерохроматина особенно часто в областях повторяющихся последовательностей ДНК путем метилирования гистона НЗ по лизину 9 ( НЗК9 ).
В геноме Arabidopsis закодировано 32 SET доменных белка, из которых экспрессируются 30. Они могут быть сгруппированы в виде четырех консервативных семейств: E(Z) , TRX , ASH1 и SU(VAR)3-9 ; имеется также небольшое пятое семейство белков, которое выявлено только у дрожжей и растений ( Baumbusch et al., 2001 ; Springer et al., 2003 ). Число экспрессируемых SET доменных белков у Arabidopsis относительно велико по сравнению с 14 белками у Drosophila и четырьмя белками у делящихся дрожжей. У мышей насчитывается 50 SET доменных белков. В дополнение к экспансии SET доменных белков в результате полиплоидии, у Arabidopsis существенную роль в амплификации членов группы SU(VAR)3-9 играет ретротранспозиция. Вне SET домена соответствующие растительные и животные белки не всегда уж столь консервативны. Дивергированные области белков предназначены для белок-белковых взаимодействий, это указывает на то, что растительные SET доменные белки могли бы функционировать в других белковых комплексах, отличных от комплексов животных белков.
Хотя и неполная, доступная функциональная информация о SET доменных белках Arabidopsis указывает на то, что эти белки участвуют в регуляции активности хроматина и в эпигенетической наследственности. Первыми двумя генами SET доменных белков, идентифированными при генетическом скринировании, оказались Curly leaf ген (CLF) и ген Medea/независимое от оплодотворения образование семян (MEA/FIS1) , которые являются негативными регуляторами, родственными гену E(Z) Drosophila . Будучи SET доменными белками, MEA , CLF и E(Z) заодно являются также и PcG белками (раздел " Другие белки из группы polycomb "). Мутации гена CLF приводят к изменению морфологии листа и гомеотическим изменениям в развитии цветка. MEA/FIS1 регулирует гаметофит-специфическую экспрессию генов и служит фактором импринтинга, который ингибирует развитие эндосперма без оплодотворения ( Schubert et al., 2005 ). Наоборот, ген trithorax1 (ATX1) у Arabidopsis работает как активатор цветочных гомеотических генов, по-видимому, вследствие его способности катализировать метилирование четвертого лизинового остатка в гистоне НЗ ( НЗК4 ), а это часто служит признаком транскрипционной активности хроматина ( Hsieh and Fischer, 2005 ).
Криптонит/гомолог 4 супрессора 3-9 пестролистности (Suppressor of variegation 3-9 homolog 4 ( KYP/SUVH4 ) идентифицирован как супрессор эпигенетического сайленсинга двух эндогенных генов ( Jackson et al., 2002 ; Malagnac et al., 2002 ). KYP/SUVH4 катализирует моно- и диметилирование гистона НЗ по остатку лизина 9 ( H3K9me2 / H3K9me3 ) и действует вместе с ДНК-метилтрансферазой СМТЗ для поддержания CpNpG метилирования ряда последовательностей в геноме Arabidopsis. KYP/SUVH4 играет небольшую роль в образовании гетерохроматина ( Chan et al., 2005 ). В отличие от этого гомолог 2 супрессора пестролистности 3-9 ( SUVH2 ), идентифицированный при скрининге компонентов реактивации молчащего трансгена, обладает главной метилирующей активностью, модифицирующей гистон НЗ по 9 ( НЗК9 ) и 27 ( НЗК27 ) остаткам лизина в гетерохроматине Arabidopsis ( Naumann et al., 2005 ).
Лизиновые остатки в гистонах НЗ и Н4 могут быть моно-, ди- и триметилированными. Это сильно увеличивает комбинаторную сложность этих модификаций, определяет состояние гетерохроматина у разных организмов. Например, НЗК9mеЗ служит отличительной чертой гетерохроматина у животных и грибов, а у Arabidopsis это - эпигенетический маркер эухроматина. Наоборот, H3K9me1 и НЗК9mе2 - преимущественные маркеры неактивного хроматина у Arabidopsis, а у млекопитающих это показатели эухроматина. Происхождение этих различий и как они соотносятся с постулированным гистоновым кодом следует еще определить. Кроме этого, еще предстоит расшифровать и сильно взаимно перепутанные связи между специфическими модификациями гистонов и характером метилирования ( Tariq and Paszkowski, 2004 ).
В отличие от ацетилирования гистонов, которое может динамично регулироваться противоположными активностями HDACs и HATs , метилирование гистонов до недавнего времени рассматривалось как перманентный эпигенетический маркер. Однако недавно у млекопитающих была найдена деметилаза метилированного лизина, LSD1 , которая может деметилировать H3K4me1 и НЗК4mе2 , но не НЗК4mеЗ (глава " Модификации хроматина и механизм их действия "). В геноме Arabidopsis закодированы четыре предполагаемые LSD гомолога. Это указывает на то, что no-крайней мере некоторые метилирования гистонов у растений могут быть обратимыми.
