Механизмы перестроек генома инфузорий: основные сведения
Хотя геномные перестройки инфузорий исследуются более 30 лет, молекулярные механизмы, лежащие в основе этих событий, остаются в основном неизвестными ( Yao et al., 2002 ). Частично задачей, стоящей перед исследователями, было объяснить разнообразие событий, которые наблюдаются у разных инфузорий. Для нескольких инфузорий были описаны эксцизионные интермедиаты, а также (побочные) продукты циркулярной эксцизии ( Jaraczewski and Jahn, 1993 ; Klobutcher et al., 1993 ; Williams et al., 1993 ; Saveliev and Cox, 1995 , Saveliev and Cox, 1996 ; Betermier et al., 2000 ; Gratias and Betermier, 2003 ). Эти данные не позволяют вывести единый механизм эксцизии даже для тех IESs разных инфузорий, которые имеют на своих концах сходные консенсусные последовательности ( Klobutcher and Herrick, 1995 ; Gratias and Betermier, 2001 ; Betermier, 2004 ).
Несмотря на разнообразие механизмов эксцизии может все же иметь место значительное перекрывание в событиях, направляющих перестройки ДНК. Одной из общих черт является то, что транспозоноподобные и повторяющиеся последовательности элиминируются, по-видимому, преимущественно. Как описывается в этой книге, одна из ролей эпигенетических механизмов заключается в том, чтобы подавлять активность этих потенциально вредоносных ДНК-элементов. Разрешение для транспозона переместиться из "молчащей" зародышевой линии в высоко активный макронуклеус является потенциально гибельным для соматического генома. Многие и разнообразные данные указывают на механизмы, связанные с RNAi и формированием гетерохроматина, как на участников этих процессов перестроек ДНК ( Mochizuki and Gorovsky, 2004 ; Yao and Chao, 2005 ).
У большинства эукариот гистон НЗ , метилированный по лизину 9 ( НЗК9me ), в значительной степени ассоциирован с репрессированной ДНК, вычленяемой в ядре как гетерохроматин (см. " Модификации гистонов " и " Гистоновый код "). У Tetrahymena эта модификация не обнаруживается в транскрипционно "молчащем" микронуклеусе , как можно было бы предположить, но обнаруживается исключительно в развивающихся макронуклеусах непосредственно перед перестройками ДНК или одновременно с ними ( Taverna et al., 2002 ). Эксперименты по иммунопреципитации хроматина показали, что этой модификацией обогащены гистоны, связанные с IESs . Элиминация ДНК и формирование гетерохроматина были первоначально сцеплены друг с другом в результате идентификации хромодоменсодержащего белка ( Pdd1 - Programmed DNA Degradation 1 protein) - обильно представленного, экспрессируемого в ходе развития белка, колокализующегося в фокусах, содержащих ДНК, ограниченную зародышевой линией и подлежащую элиминации (т.е. IESs) из соматического генома ( Madireddi et al., 1994 , Madireddi et al., 1996 ). Хромодомены - это белковые мотивы, обладающие сродством, способностью связываться с некоторыми остатками метилированных гистонов. Возможно, что архетипическая модель участия хромодоменного белка в регуляции хроматина - это связывание гетерохроматинового белка 1 ( НР1 - содержащий хромодомен) с метилированным НЗК9 у Drosophila, играющее роль в формировании гетерохроматиновых доменов (см. " DROSOPHILA: ЭФФЕКТ ПОЛОЖЕНИЯ, ГЕТЕРОХРОМАТИН И САЙЛЕНСИНГ ГЕНОВ "). Хромодомены Pdd1 и Pdd3 , два белка, требующихся для перестроек ДНК ( Coyne et al., 1999 ; Nikiforov et al., 2000 ), связываются с пептидами H3K9me2 ( Taverna et al., 2002 ). Для того чтобы продемонстрировать, что эта модификация хроматина требуется для перестройки ДНК, Лиу, Мочицуки и Горовски [Liu, Mochizuki and Gorovsky] использовали методику гомологичного замещения гена, чтобы заменить гены основного гистона НЗ копиями, содержащими мутацию, поменявшую лизин 9 (K9Q) ( Liu et al., 2004 ). Эти клетки не могли эффективно удалять IESs в ходе развития несмотря на тот факт, что Pdd1 локализовалась соответственно в предшественниках макронуклеусов , показывая тем самым, что НЗК9mе2 требуется для элиминации ДНК. Из-за того, что установление состояний хроматина является ключевым детерминантом эпигенетической регуляции, важный вопрос заключается в следующем: каким образом метка НЗК9mе2 специфически нацеливается на сегменты ДНК, обреченные на элиминацию? Как описывается ниже, несколько экспериментов продемонстрировали, что в направлении перестроек ДНК участвуют гомологичные РНК.
