Эпигенетический контроль регуляции перестроек генов BCR и TCR
Ацетилирование гистонов на лизиновых остатках является не только характерной чертой открытого хроматина, но также играет важную роль в определении доступности хроматина локусов Ig и TCR , так как оно разделяет домены рекомбинационно-компетентных сегментов генов ( McMurry and Krangel, 2000 ; Chowdhury and Sen, 2001 ). Анализ состояния ацетилирования гистонов выявил ступенчатую активацию дискретных доменов хроматина в локусе IgH ( Chowdhury and Sen, 2001 ). Перед рекомбинацией V(D)J первым гиперацетилируется геномный участок длиной 120 тыс. пар нуклеотидов, окружающий генные сегменты D(H), J(H) и С. Вслед за этим перестройки D(H)-J(H) индуцируют ацетилирование гистонов и перестройки генов V(H), проксимальных по отношению к D(H) ( Chowdhury and Sen, 2001 ). Наконец, дистальный домен длиной 2 млн. пар нуклеотидов, содержащий большинство генов V(H), оказывается активированным сигналом IL-7 ( Chowdhury and Sen, 2001 ). Детальный анализ локуса TCRальфа/бета в развивающихся Т-клетках также выявил полное перекрывание участков, характеризующихся гиперацетилированием гистона НЗ и доступностью для рекомбиназы V(D)J ( McMurry and Krangel, 2000 ). Следовательно, ацетилирование гистонов оказывается существенной частью паттерна модификации хроматина, который контролирует инициацию и (или) развитие рекомбинации ( Krangel, 2003 ).
Однако самого по себе ацетилирования недостаточно для того, чтобы облегчить рекомбинацию, поскольку ингибиторы деацетилаз гистонов имеют слабое влияние на рекомбинацию V(D)J in vivo ( McBlane and Boyes, 2000 ). Более того, в про-В-клетках наблюдалось поражающее несоответствие между высоким уровнем ацетилирования гистона НЗ и слабой рекомбинацией НЗ ( Hesslein et al., 2003 ; Su et al., 2003 ). Нормальные уровни ацетилирования гистонов в кластере генов V(H), дистальных по отношению к D(H), не поддерживают дистальную рекомбинацию V(M)-DJ(H) в про-В-клетках без метилтрансферазы гистоновых лизинов ( НКМТ ) Ezh2 , которая триметилирует гистон НЗ по лизину 27 ( H3K27me3 ) ( Su et al., 2003 ). Тот факт, что более высокие уровни НЗК27mеЗ ассоциируются с дистальными, а не проксимальными генами V(H), предполагает домен-специфическую роль метилирования НЗК27 в рекомбинации генов V(H) ( Su et al., 2003 ). Избирательность регуляции, осуществляемой Ezh2 для локуса IgH, подчеркивается равной эффективностью рекомбинации гена TCRбета у дикого типа и у дефицитных по Ezh2 про-Т-клеток ( Su et al., 2005 ). Следовательно, дополнительные модификации хроматина, вероятно, участвуют в контроле V(D)J-рекомбинации проксимальных генов V(H) в про-В-клетках и TCRбета-перестроек в про-Т-клетках. Диметилирование гистона НЗ по лизину 4 (НЗК4mе2) - это активная гистоновая метка, которая также коррелирует с доступным состоянием сегментов генов Ig(H) и TCRft ( Morshead et al., 2003 ). Напротив, диметилирование НЗ по лизину 9 (НЗК9mе2) - это репрессивная хроматиновая метка, которая обнаруживает отрицательную корреляцию с V(D)J-рекомбинацией сегментов генов Ig(H) и TCRбета ( Morshead et al., 2003 ). Важная роль H3K9me2 в подавлении рекомбинации была продемонстрирована путем таргетинга НЗК9 НКМТ G9a на PDбета1-промотор зародышевой линии (мини-локус TCRбета), что предотвратило перестройки V(D)J посредством перевода локального хроматина в недоступное состояние ( Osipovich et al., 2004 ).
Паттерн модификации гистонов, облегчающий доступ V(D)J- рекомбиназе, должен быть установлен с помощью процессов, которые происходят в пределах локусов рецептора антигена до перестройки. Прежде чем картирование модификаций гистонов стало экспериментально осуществимым, уже было известно, что в зародышевой линии транскрипция короткой смысловой РНК с сегмента неперестроенного гена предшествует рекомбинации V(D)J ( Yancopoulos and Alt, 1985 ). Возможная роль транскрипции в контролировании доступности локуса была в дальнейшем подтверждена рядом открытий, демонстрирующим, что энхансеры и промоторы, расположенные в пределах локусов рецептора антигена, необходимы для того, чтобы осуществилась рекомбинация V(D)J. Делеция эндогенных энхансеров и промоторов уменьшает или аннулирует рекомбинацию V(D)J локусов рецептора антигена, тогда как вставка дополнительных энхансеров, специфичных для линии, ведет к новому паттерну рекомбинации V(D)J ( Bassing et al., 2002 ; Krangel, 2003 ). Многочисленные промоторы, ассоциированные с сегментами V, D и J, контролируют перестройки последовательностей, проксимальных по отношению к промотору, в пределах относительно коротких расстояний, тогда как энхансеры приводят в действие контроль над рекомбинацией V(D)J на больших расстояниях ( Bassing et al., 2002 ; Krangel, 2003 ). Сборка на промоторе комплекса пре-инициации может локально разрушить нуклеосомы и таким образом облегчить доступ ферментам рекомбинации, даже в отсутствие изменений в модификации гистонов. Более вероятно, однако, что промоторы активно принимают участие в установлении хроматиновой структуры, разрешающей рекомбинацию, так как элонгирующий комплекс РНК-полимеразы II несет свою собственную гистоновую ацетилтрансферазу, которая может способствовать распространению ацетилирования гистонов вдоль транскрибируемых участков ( Orphanides and Reinberg, 2000 ). Транскрипция генов также приводит к локальному обмену зависимого от репликации гистона НЗ на замещающий его вариант НЗ.З, который предположительно поддерживает доступное состояние хроматина транскрибируемых участков ( Chow et al., 2005 ; Mito et al., 2005 ).
Как было упомянуто выше, каждый локус рецептора антигена содержит сотни RSSs , хотя лишь немногие из них будут расщеплены в индивидуальном лимфоците на определенной стадии развития. Таким образом, потенциально возможно, что вариации в последовательности нуклеотидов ДНК индивидуальных сайтов RSS также могут вносить свой вклад в эффективность их расщепления. Анализ искусственных субстратов V(D)J-рекомбинации в самом деле продемонстрировал, что встречающиеся в естественных условиях различия в элементах гептамера и нонамера RSS, так же как и в менее консервативном спэйсере и во фланкирующих кодирующих последовательностях, влияют на частоту рекомбинации и таким образом вносят свой вклад в дифференциальное использование конкретных - V, D и J-сегментов гена в первичном ассортименте рецептора антигена ( Lee et al., 2003 ). В рамках модели "гистонового кода" избирательность расщепления должна определяться процессом, который транслировал бы уникальные свойства индивидуальных RSS или соседних последовательностей в специфический паттерн модификации гистонов, маркирующий сайт для расщепления, осуществляемого RAG . Этот код может быть установлен с помощью антисмысловых транскриптов. Конечно, антисмысловая межгенная транскрипция по всему кластеру гена V(H) предваряет рекомбинацию V(H)-DJ(H) локуса IgH в про-В-клетках ( Bolland et al., 2004 ). Эти длинные антисмысловые транскрипты могут направлять ремоделинг хроматина таким образом, чтобы открыть большой домен гена V(H) перед рекомбинацией. В качестве альтернативы эти антисмысловые транскрипты могли бы сформировать двухцепочечные гибриды РНК с короткими смысловыми транскриптами V(H) зародышевой линии и затем быть подвергнутыми процессингу с помощью механизма РНК-интерференции, чтобы произвести микроРНК , которые рекрутируют HKMTs к сайтам рекомбинации ( Bolland et al., 2004 , см. о деталях аппарата RNAi в главе " RNAi и сборка гетерохроматина "). В развитие этой гипотезы мы допускаем, что специфическая смысловая транскрипция определенного сайта RSS зародышевой линии может генерировать двухцепочечную РНК, которая могла бы "нацеливать" ферменты, модифицирующие гистоны, на эту, но не на все другие последовательности RSS. Если это будет подтверждено экспериментально, данный гипотетический механизм мог бы объяснить точность и избирательность расщепления индивидуальных сайтов RSS, осуществляемое RAG . Интересно, что было показано, что белок RAG2 непосредственно взаимодействует с гистонами и может, таким образом, играть важную роль в считывании специфического паттерна модификации гистонов на индивидуальных последовательностях нуклеотидов RSS ( West et al., 2005 ).
