Метки гетерохроматина у Х-хромосомы самцов C. elegans
Единственная Х-хромосома у самцов обнаруживает метки гетерохроматина.
Самое раннее предположение, что в зародышевой линии Х-хромосома отличается от аутосом, вытекает из цитологических наблюдений. Единственная Х-хромосома у червей-самцов приобретает характерную структуру во время пахитены в мейотической профазе - она гиперконденсируется, формируя шаровидную структуру, напоминающую " половое тельце " XY, видимое во время мужского мейоза у млекопитающих ( Goldstein and Slaton, 1982 ; Handel, 2004 ). Аутосомы конденсируются позже в мейотической профазе, близко к началу сперматогенеза. Преждевременная конденсация Х-хромосомы также видна во время мужского мейоза у гермафродитов XX и у сексуально трансформированных самцов XX; это позволяет предполагать, что преждевременная конденсация Х-хромосомы происходит в ответ на пол зародышевой клетки, а не на статус плоидности или спаренности Х-хромосомы. Соответственно, у гермафродитов XX зародышевые клетки, предназначенные для оогенеза, не обнаруживают преждевременной конденсации Х-хромосомы.
В дополнение к преждевременной конденсации единственная Х-хромосома у самцов ХО временно аккумулирует заметные количества H3K9me , которые появляются во время пахитены и исчезают в диплотене ( рис. 15.7 ) ( Kelly et al., 2002 ). Это обогащение H3K9me2 не происходит в ходе сперматогенеза XX, как у гермафродитов, так и у трансформированных самцов XX. Однако обогащение Х-хромосомы НЗК9ье2 наблюдается в оогониях, проходящих стадию пахитены у трансформированных по полу гермафродитов ХО, причем динамика этого процесса сходна с таковой у самцов ХО ( Bean et al., 2004 ). Специфичное приобретение метки гетерохроматина на Х-хромосоме в мейозе ХО оказывается, таким образом, следствием ее неспаренного статуса, а не пола данной зародышевой линии, через которую она проходит. "Нацеливание" НЗК9mе2 на неспаренную ДНК не ограничивается нуклеотидными последовательностями Х-хромосомы; оно обнаруживается также на неспаренных аутосомных фрагментах и транслокациях ( Bean et al., 2004 ).
Такая "нацеливаемая" репрессия неспаренной ДНК в мейозе имеет место не только у С. elegans. Подобное распознавание и репрессия неспаренной ДНК происходят во время мейоза и у других организмов, в том числе у Neurospora и мыши. Это явление обозначается как MSUD (meiotic silencing of unpaired DNA - мейотический сайленсинг неспаренной ДНК) ( Shiu et al., 2001 ; Baarends et al., 2005 ; Turner, 2005 ; Turner et al., 2005 ). У мышей, например, "половое тельце" XY со слабым синапсом во время мужского мейоза аналогичным образом обогащено НЗК9mе2, и это является следствием его неспаренного состояния ( Cowell et al., 2002 ; Turner et al., 2005 ). Мейотический сайленсинг у Neurospora требует активности белков с консервативными ролями в РНК- интерференции ( RNAi ). В их число входят РНК-направляемая РНК-полимераза ( RdRP ), белок, родственный белку Argonaute (консервативный компонент инуцируемых РНК сайленсирующих комплексов, RISCs ) и нуклеаза Dicer (обзор см. Nakayashiki, 2005 и главу " RNAi и сборка гетерохроматина "). У С. elegans обогащение НЗК9mе2 на неспаренной ДНК нуждается в EGO-1 , RdRP , которая ограничена зародышевой линией, но не требует Dicer ( Maine et al., 2005 ). Это заставляет предполагать, что в то время как имеет место консерватизм мейотического сайленсинга (репрессии неспаренной ДНК), механизм, с помощью которого это достигается, мог по- разному развиваться у разных организмов.
В противоположность тому, что происходит в мейозе самцов ХО, Х-хромосомы либо в сперматогониях XX, либо в оогониях XX не накапливают НЗК9mе2 в сколько-нибудь заметных количествах. Это различие обусловлено, вероятно, полным синапсисом Х-хромосом в мейозе гермафродитов. Почему сайленсинг неспаренных ДНК обычно оказывается консервативной чертой полового воспроизведения? У многих организмов спаривание гомологов ограничено исключительно мейозом, и во время синапсиса новые вставки, уникальные для одного из гомологов, экспонировались бы как участки неспаренной ДНК. Предположили, что распознавание и сайленсинг неспаренных последовательностей во время мейоза обеспечивают механизм для самосканирования (self-scanning) диплоидного генома и могли бы обеспечить защиту против инвазии (или экспансии) перемещаемых элементов. Как еще одно следствие, следует отметить, что гены, экспрессируемые во время мейоза, сталкивались бы с сильным отбором против нахождения их на неспаренной хромосоме (такой, как Х-хромосома самца). Такой отбор приводил бы к формированию уникального генетического профиля Х-хромосомы, наблюдаемого у С. elegans. Интересно пофантазировать на тему о том, что геномная война между транспозонами и их хозяевами и эпигенетические механизмы, развившиеся как оружие в этой битве, сформировали геномы и привели к генетической изменчивости. Эта генетическая изменчивость, в свою очередь, могла создать дефекты спаривания, достаточные для включения мейотического сайленсинга существенных локусов и, отсюда, мейотической несовместимости. Таким путем эпигенетический сайленсинг во время мейоза теоретически мог внести свои вклад в репродуктивную изоляцию и видообразование.
