Наследование эпигенетических состояний у S. cerevisiae
Универсальной характеристикой гетерохроматина является передача "молчащего" состояния по наследству. Это означает, что формирование гетерохроматина на дочерних цепях происходит вскоре после репликации. Пионерское исследование вопроса о наследовании состояний хроматина в клеточном цикле принадлежит Миллеру и Насмиту ( Miller and Nasmyth, 1984 ), изучавшим возникновение и потерю сайленсинга на термочувствительных мутантах sir3. Изменение температуры с пермиссивной на непермиссивную приводил к немедленной утрате сайленсинга, что доказывает необходимость продукта гена Sir3 для поддержания репрессированного состояния. Однако в обратных экспериментах при переходе от непермиссивной температуре к пермиссивной немедленного восстановления репрессии не происходило: требовалось прохождение клеточного цикла. Авторы сделали вывод, что для установления наследуемого репрессированного состояния хроматина требуется некое событие в S-фазе клеточного цикла. Позднее было показано, что в действительности требуются события, происходящие в фазах S и G2/M ( Lau et al., 2002 ).
Вначале предполагалось, что для установления и наследования "молчащего" хроматина существенно использование ориджинов репликации из связанных с сайленсерами ARS элементов . Однако, на ориджинах локуса HML инициации репликации не наблюдалось, поэтому это объяснение сочли маловероятным. И действительно, в экспериментах по замене ORC химерным белком GDB-Sir1 было окончательно доказано, что срабатывание ориджинов репликации не имеет существенного значения для наследования "молчащего" хроматина. С другой стороны, исследования в нескольких направлениях показывали, что прохождение через S-фазу необходимо для формирования гетерохроматина. Это широко трактовалось как необходимость в репликации ДНК и связанной с нею пересборке нуклеосомной структуры. Однако последующие эксперименты показали, что установка репрессированного состояния может происходить и в отсутствие репликации ДНК ( Kirchmaier and Rine, 2001 ; Li et al., 2001 ). Следовательно, искомыми факторами, необходимыми для формирования репрессированного хроматина, могут быть какие-то белки, специфически активируемые во время поздней S-фазы или играющие специфическую роль на границе S-G2 фаз. Таковыми могут быть вновь синтезируемые гистоны или модифицирующие их ферменты. Также среди них могут быть шапероны , такие как CAF1 (chromatin assembly factor 1), обеспечивающие критические этапы сборки гистонов.
Другие исследования показали, что устойчивый сайленсинг достигается не ранее телофазы, то есть существенно позже периода сборки нуклеосом в S-фазе. По-видимому, субъединица когезина Scc1 ингибирует стабильную репрессию до тех пор, пока не разрушается на границе метафазы и анафазы ( Lau et al., 2002 ). Это согласуется с данными о том, что факторы транскрипции могут успешно нарушать или противодействовать установке "молчащего" хроматина в С2/М-фазе, но не после того, как клетки прошли М-фазу и вступили в G1-фазу ( Aparicio and Gottschling, 1994 ).
В совокупности эти данные показывают, что помимо какого-то критического компонента или события в S-фазе, необходим дополнительный этап, включающий прохождение митоза и прямо или опосредованно зависящий от утраты сцепления между сестринскими хроматидами .
