Связь коротких РНК с элиминацией ДНК у инфузорий
У Tetrahymena каноническая модификация гетерохроматина, НЗК9-метилирование , маркирует хроматин, связанный с IESs , непосредственно перед их вырезанием. Каким образом эта модификация осуществляет специфическое "нацеливание" на эти сегменты ДНК, предназначенные для элиминации?
Был описан RNAi -подобный путь, который использует RNA-гиды, чтобы направить ее на соответствующие локусы (обзор Mochizuki and Gorovsky, 2004 ; Yao and Chao, 2005 ). Первоначальным указанием на то, что делеция ДНК использует молекулы гомологичных РНК, явилось наблюдение, что у Tetrahymena IESs двунаправлено транскрибируются на ранних этапах конъюгации ( Chalker and Yao, 2001 ). Реальный прорыв случился, когда Mochizuki и др. (2002) идентифицировали белок семейства PIWI/Argonaute , кодируемый геном TWI1 , который экспрессируется в ходе развития и необходим для перестройки ДНК ( Mochizuki et al., 2002 ). Поскольку белки Argonaute являются ключевыми игроками в процессах, включаемых RNAi , эти исследователи искали и нашли такой класс эндогенных малых (приблизительно 28 нуклеотидов) РНК , которые предпочтительно комплементарны к последовательностям, ограниченным зародышевой линией. Деструкция гена TWI1 дестабилизировала эти короткие РНК и ликвидировала метилирование НЗК9 в развивющемся соматическом ядре. Эта работа, опубликованная в 2002 году, в совокупности с экспериментами на Schizosaccharomyces pombe (см. " ЭПИГЕНЕТИКА SCHIZOSACCHAROMYCES РОМВЕ И NEUROSPORA CRASSA " и " RNAi и сборка гетерохроматина ") утвердила новую парадигму, согласно которой гетерохроматин генерируется действием гомологичных РНК, "нацеливающих" метку сайленсинга (НЗК9) на специфичные локусы.
Характеристика гена DCL1 , кодирующего рибонуклеазу Dicer , осуществляющую процессинг двусторонних транскриптов в приблизительно 28-нуклеотидные малые РНК, обеспечила еще более глубокое проникновение в общую регуляцию этого процесса ( Malone et al., 2005 ; Mochizuki and Gorovsky, 2005 ). Этот белок экспрессируется на высоком уровне на ранних этапах конъюгации и локализуется в премейотических микронуклеусах , что указывает на то, что генерация малых РНК компартментализована во времени и пространстве в пределах этого ядра зародышевого пути. Разрушение гена DCL1 вызывало утрату способности производить малые РНК, аккумуляцию транскриптов зародышевой линии и, в конечном счете, неспособность к вырезанию IES . Интригующим моментом является то, что утрата малых РНК не ликвидирует метилирование НЗК9, как это наблюдалось в линиях с нокаутом по TWI1 . Тем не менее, анализ с помощью иммунопреципитации хроматина показал, что эта модификация больше не является обогащенной на IESs; таким образом, малые РНК необходимы для того, чтобы "нацеливать" эту модификацию хроматина на нужные локусы ( Malone et al., 2005 ).
Чтобы объяснить роль материнского генома в регуляции этих событий, была предложена модель сканирующей РНК ( Mochizuki et al., 2002 ). В варианте этой модели, изображенном на рис. 7.9 , 28-нуклеотидные "сканирующие" РНК, генерируемые в микронуклеусе, связываются с RISC-подобным комплексом в цитоплазме, содержащим Twi1, и изначально направляются в материнский макронуклеус. Здесь они сканируют существующий перестроенный геном на наличие гомологии. Те scnRNAs , которые спариваются с материнскими последовательностями, удаляются из пула активных комплексов. Остающиеся scnRNAs, ассоциированные с Twi1, транспортируются затем в развивающийся макронуклеус, где они "нацеливают" метилирование НЗК9 на гомологичные последовательности, маркируя их для вырезания с помощью механизма перестройки ДНК. Эта модель подкрепляется далее наблюдением, согласно которому Twi1 локализуется в материнском макронуклеусе на ранних этапах развития после образования основной массы малых РНК, но до появления предшественников новых макронуклеусов. Таким образом, регулируемый трафик комплексов малых РНК и белков облегчает сравнение соматического генома и генома зародышевой линии.
