Связи между белками trxG и хроматином: основные сведения
Генетические исследования, показывающие, что гены trxG играют ключевые роли в транскрипции и развитии, стимулировали значительные услия, направленные на понимание биохимической функции их продуктов. Многие из этих экспериментов использовали в качестве своей концептуальной базы гипотезу, согласно которой хроматин является биологически релевантным субстратом для белков trxG. Все гены упакованы в хроматин, и эта упаковка может создать компактное и недоступное состояние или же может находиться в открытом и пермиссивном состоянии. И пермиссивное, и недоступное состояния, по-видимому, могут быть наследуемыми. Эти соображения привели к простой гипотезе, согласно которой белки trxG могли бы модулировать структуру хроматина и влиять на регуляцию. Более того, поскольку гены trxG были клонированы и секвенированы, стало очевидным, что некоторые из их продуктов родственны белкам, участвующим в АТФ-зависимом ремоделинге хроматина или ковалентной модификации нуклеосомных гистонов у других организмов, в том числе у дрожжей Saccharomyces cerevisiae . Таким образом, хотя у дрожжей отсутствуют гены HOX или репрессоры PcG , этот организм дал ценные сведения о потенциальной роли белков trxG в эукариотической транскрипции.
Одна из первых связей между trxG и хроматином вытекала из открытия, показавшего, что trxG-ген brm у Drosophila является близкородственным SWI2/SNF2 дрожжей ( Tamkun et al., 1992 ). SWI2/SNF2 был идентифицирован в ходе скрининга на гены, участвующие в переключении типа спаривания (гены switch [ swi ]) и сбраживании сахарозы (гены sucrose-nonfermenting [ snf ]). Впоследствии было показано, что SWI2/SNF2 необходим для активации многочисленных индуцибельных генов дрожжей ( Holstege et al., 1998 ; Sudarsanam et al., 2000 ). Дефекты транскрипции, наблюдаемые у мутантов swi2/snf2, супрессируются мутациями в нуклеосомных гистонах; это раннее наблюдение впервые позволило предположить, что SWI2/SNF2 активирует транскрипцию путем противодействия репрессии хроматина ( Kruger et al., 1995 ). Биохимические исследования, проведенные в начале 1990-х годов, подтвердили эту гипотезу; SWI2/SNF2 и многие другие белки, идентифицированные в ходе скрининга на swi2/snf2, функционируют как субъединицы большого белкового комплекса ( SWI / SNF ), использующего энергию гидролиза АТФ для увеличения способности белков связываться с нуклеосомной ДНК ( Cote et al., 1994 ; Imbalzano et al., 1994 ; Kwon et al., 1994 ). SWI2/SNF2 функционирует как субъединица АТФазы, или "двигатель", этой машины ремоделинга хроматина ; другие субъединицы комплекса SWI/SNF опосредуют взаимодействия с регуляторными белками или с его хроматиновым субстратом ( Phelan et al., 1999 ).
На еще одну связь между trxG и хроматином указывало наличие доменов SET в белках Trithorax ( TRX ) и Absent (малый, или гомеотический - ASH1 ) группы trxG. Домен SET был первоначально определен по отрезку аминокислотной последовательности, обнаруживающему гомологию между Su(var)3-9 , Enhancer of zeste ( E(z) ) и TRX ; последние два белка являются членами PcG и trxG , соответственно. В конце 1990-х годов было показано, что белки семейства SET обладают активностью НКМТ . Su(var)3-9 метилирует НЗК9 , тогда как (E(z)) метилирует НЗК27 ( Rea et al., 2000 ; Levine et al., 2004 ; Ringrose and paro, 2004 ). Как обсуждается в других главах, метилирование НЗК9 стимулирует сборку гетерохроматина, тогда как метилирование НЗК27 оказывается необходимым для PcG-репрессии (более детальное обсуждение см. в главах " DROSOPHILA: ЭФФЕКТ ПОЛОЖЕНИЯ, ГЕТЕРОХРОМАТИН И САЙЛЕНСИНГ ГЕНОВ " и " Транскрипционный сайленсинг, осуществляемый белками группы Polycomb ", соответственно). Присутствие доменов SET в белках trxG позволило предположить, что метилирование "хвостов" гистонов могло бы иметь важное значение для поддержания активных транскрипционных состояний.
Эти открытия, вместе с растущим пониманием, что ферменты ремоделинга и модификации хроматина играют ключевую роль в активации транскрипции, побудили биохимиков идентифицировать белковые комплексы, содержащие белки trxG, и изучить влияние этих комплексов на структуру хроматина in vitro. Другие эксперименты имели своей целью проверку гипотезы о том, что белки trxG могли бы взаимодействовать непосредственно с транскрипционной машиной (еще один хорошо установленный способ влиять на регуляцию). Как описано ниже, эти исследования показали, что некоторые белки trxG влияют на регуляцию посредством модификации структуры хроматина, тогда как другие функционируют путем прямых взаимодействий с компонентами транскрипционной машины.
