MAR/SAR-последовательности: общие сведения
Последовательности ДНК, обладающие способностью связывания с ядерным матриксом, обнаруживают некоторые характерные для них функции. Например, они необходимы для работы дрожжевых автономно реплицирующихся последовательностей ( ARS ) ( Amati B.B. and Gasser S.M., 1988 ), а также, при введении на 5'и 3'-концы генов, интегрированных в геном эукариотических клеток, обеспечивают их независимую от позиции экспрессию ( Phivan L. ea, 1990 ). Во втором случае, вероятно, можно говорить об образовании искуственного минидомена при фланкировании гена двумя такими последовательностями. Такие последовательности получили название MARs (matrix attachment regiones = MARs = SARs = MAR-elements ).
MAR/SAR участки - участки присоединения петель ДНК к ядерному каркасу - в свою очередь обладают высокой аффинностью к топоизомеразе II [ 90 , 91 , 92 ]. В составе этих участков наблюдаются характерные АТ-богатые последовательности, которые из-за высокой конформационной подвижности являются предпочтительными местами связывания топоизомеразы II [ 93 ].
Кокерилл и Гаррард [ Cockerill ea 1986 , Cockerill ea 1986 ] показали, что эти последовательности ДНК предпочтительно связывается с изолированным ядерным матриксом в присутствии значительного избытка конкурентной ДНК. Связывание MAR-элементов с ядерным матриксом не являлось специфичным в отношении типа ткани и вида организма, из клеток которого выделен ядерный матрикс [ Cockerill ea 1986 , Amati ea 1990 ]. Одни и те же MAR-элементы одинаково хорошо связывались с ядерным матриксом, полученным из клеток млекопитающих и низших эукариот (дрожжей). По приблизительным оценкам, количество участков связывания MAR-элементов составляет примерно 50000 на клеточное ядро. Исследование их ведется начиная с 1984-го года. Тогда Mirkovitch с соавторами ( Mirkovitch J. ea, 1984 ) сообщили, что тандемно повторяющиеся гены гистонов Drosophila melanogaster связаны в ядре, лишенном гистонов, с матриксом (scaffold) через специфический сайт, локализованный внутри фрагмента, разделяющего ген гистона H1 и ген гистона H3 ( Gasser S.M., Laemmli U.K., 1986 ). Затем в двух локусах гена теплового шока hsp70 были найдены взаимодействующие с матриксом сайты, расположенные недалеко от промотора и регуляторных элементов. После этих сообщений регионы, взаимодействующие с матриксом, были картированы для четырех других генов, а также находящиеся в составе 320 т.п.о. района Ace-локуса дрозофилы Laemmli с сотрудниками ( Gasser S.M., Laemmli U.K., 1986 , Mirkovitch J. ea, 1986 ). У дрозофилы MAR- элементы находятся в нетранскрибируемых фланкирующих регионах и найдены в большинстве (но не во всех случаях) в одной - двух копиях на 3'и на 5' концах генов. Интересно, что в гене К-иммуноглобулина мыши были найдены два MAR-элемента, расположенные в непосредственной близости от энхансера (на его 5' и 3'-концах) ( Cockerill P.N. ea, 1987 ). Внутригенные MAR- элементы были впервые обнаружены в четырех интронных районах гена дегидрофолатредуктазы китайского хомячка ( Kas E. and Chasin L.A., 1987 ) и во втором интроне гена бета-глобина человека ( Jarman A.P. and Higgs D.R., 1988 ). С другой стороны, MAR-элементы гена куриного лизоцима локализованы на расстоянии 8.86 и 1.3 т.п.о. от транскрибируемой части гена, и картировались на границах соответствующего геномного домена ( Phi-Van and Stratling W.H., 1988 ). Фланкирующие районы гена человеческого бета- интерферона содержат три очень больших MAR-элемента, занимающих вместе приблизительно 15 т.п.о. ( Bode J. and Maass K., 1988 ). Восемь MAR- элементов были найдены в составе бета-глобинового комплекса человека . Два из них локализованы на границах регуляторного домена, и два других расположены по краям энхансерного элемента бета-глобинового гена ( Jarman A.P. and Higgs D.R., 1988 ). Но есть достаточно большие районы генома, несодержащие MAR-элементов, например они не были найдены на протяжении 140 т.п.о. гена альфа-глобина человека ( Jarman A.P. and Higgs D.R., 1988 , Razin S.V. and Vassetzky Y.S., 1992 ). Наконец, MAR-элементы также были найдены у растений, например в окрестностях гена леггемоглобина сои ( Izaurralde E. ea, 1989 ).
Были предприняты попытки связать локализацию MAR/SAR- последовательностей на ДНК с функциональной активностью хроматина. Исследование петельной структуры хроматина в ядрах дрозофилы показало, что эти последовательности часто располагаются в окрестностях генов, транскрибируемых РНК- полимеразой II, и фланкируют участки хроматина, содержащие одну или несколько транскрипционных единиц. Выяснилось, что активно транскрибируемые гены организованы в петли небольшого размера (около 10 т.п.о.), тогда как "молчащие" гены находятся преимущественно в составе более крупных петель, которые содержат несколько транскрипционных единиц и, в свою очередь, образуют дополнительные петли в виде розеток ( рис. I.2 ). Как правило, MAR/SAR-последовательности фланкируют гены, однако в ряде случаев их обнаруживают и внутри генов, но в составе интронов. Выделено и охарактеризовано несколько десятков MAR/SAR-последовательностей из генома дрозофилы и других организмов.
