MAR/SAR-последовательности: характеристики
Сравнительный анализ нуклеотидных последовательностей ряда MAR-элементов не выявил какого-либо жесткого консенсуса [ Mielke ea 1990 ]. В то же время, было отмечено, что большинство изученных MAR-элементов является АТ-богатыми последовательностями, для которых характерно присутствие (АТ) и АТАТТТ-мотивов [ Cockerill ea 1986 ].
Другим характерным свойством этих геномных элементов является присутствие большого количества А- и Т-блоков, вследствие чего большинство MAR-элементов имеет узкую малую бороздку [ Kas ea 1989 ]. Боде и соавт. [ Bode ea 1992 ] идентифицировали особый класс MAR-элементов со сбалансированным нуклеотидным составом. Было отмечено, что они являются местами предпочтительной интеграции ретровирусов в клеточный геном [ Bode ea 1992 ].
В настоящее время не вызывает сомнения то обстоятельство, что MAR- элементы идентичны так называемым SAR (Scaffold Association Regions).
В обзоре М.В. Глазкова (1995 г.) выделены следующие обобщенные характеристики MAR/SAR-последовательностей: длина MAR/SAR-последовательностей составляет 300-1000 п.о.; все они содержат многочисленные сайты ДНК-белкового взаимодействия и обогащены AT-парами; MAR/SAR-последовательности обладают способностью обратимо связываться с ядерным матриксом метафазных хромосом и локализованы исключительно в некодирующих последовательностях генома, главным образом в нетранскрибируемых участках, реже в интронах; расстояние между двумя соседними MAR/SAR-последовательностями составляет 3-112 т.п.о., и они фланкируют один или несколько экспрессирующихся генов, для которых характерна повышенная чувствительность к нуклеазам из-за деконденсированного состояния их хроматина; некоторые MAR/SAR- последовательности выявлены рядом с энхансероподобными регуляторными элементами. Эти последовательности могут быть потенциальными сайтами инициации репликации и содержать в своем составе большое число сайтов для разных факторов транскрипции; MAR/SAR-последовательности иногда соседствуют с последовательностями, способными образовывать Z- или H-формы ДНК, и в таких случаях они определяются как сайты с повышенной чувствительностью к ДНКазе I.
Одной из основных функций MAR/SAR-последовательностей может быть пространственное разграничение функциональных доменов хроматина в интерфазных ядрах эукариот, необходимое для эффективной и независимой экспрессии генов, находящихся в этих доменах. Являясь одними из ключевых цис-действующих генетических регуляторных элементов хромосом эукариот, MAR/SAR- последовательности осуществляют глобальный контроль изменений структуры хроматина и связанных с ними модуляций экспрессии генов на уровне транскрипции. Считается, что эти последовательности обеспечивают поддержание функциональной структуры хромосом в интерфазных ядрах и вовлечены в процесс их конденсации при формировании метафазных хромосом во время митоза .
Модель структуры метафазной хромосомы К.М. Харта и У.К. Лэммли (1998 г.) подчеркивает, что SAR-последовательности , пространственно примыкая друг к другу, образуют ось хроматиды, от которой в разные стороны отходят петли хроматина, формирующие тело метафазной хромосомы. Однако еще остается доказать, являются ли MAR/SAR-последовательности местами специфического прикрепления белковых комплексов, включающих, к примеру, белок конденсин, которые необходимы для конденсации хроматина.
Большинство MARs присутствуют в гене в единственной копии (возможное исключение - MAR-элементы гена бета-интерферона). Для некоторых MARs характерно относительно высокое содержание А-Т пар ( Cockerill P.N. and Garrard W.T., 1986 , Phi-Van and Stratling W.H., 1988 ). Но А-Т- обогащенность сама по себе еще не определяет принадлежность данных последовательностей к MAR-элементам, так как последовательности, окружающие их могут быть так же обогащены А-Т парами, как и сами MARs ( Cockerill P.N. and Garrard W.T., 1986 , Phi-Van and Stratling W.H., 1988 ).
Некоторые MARs содержат А- и Т-обогащенные районы (т.н. А- и Т-боксы). Но регионы, фланкирующие MARs, так же могут содержать такие боксы ( Cockerill P.N. and Garrard W.T., 1986 , Phi-Van and Stratling W.H., 1988 ).
Так как различные MARs обладают сходными свойствами, они должны содержать либо очень похожие (возможно короткие) последовательности, либо последовательности с очень похожей пространственной структурой. Разные MARs не обнаруживают между собой высокой гомологии, поэтому скорее всего узнавание матрикса MAR-элементом определяется не специфической последовательностью, а специфической структурой, реализующейся несколькими различными последовательностями. Прецедентом может служить альфа-протеин, относящийся к группе белков высокой подвижности и распознающий конфигурацию минорного желобка альфа-сателлитной ДНК ( Solomon M.J. ea, 1986 ).
В некоторых MARs, таких как, MAR-элементы гистоновых генов дрозофилы, алкогольдегидрогеназного гена, Sgs-4 гена, гена БТШ-70, последовательности, похожие на консенсусную последовательность узнавания - расщепления топоизомеразы-2 (GTN(A/T)A(T/C)ATTNATNN(G/A)), собраны в кластеры ( Cockerill P.N. ea, 1987 ). В других случаях подобные последовательности не собраны в кластеры в MARs ( Phi-Van and Stratling W.H., 1988 ). Возможно, что сайты узнавания топоизомеразы-2 определяют степень суперскручивания петлевых доменов ( Cockerill P.N. ea, 1987 ), но нужно отметить, что эти сайты локализованы и внутри петель, необязательно в MAR-элементах. Было показано, что при связывании данного элемента с матриксом, в присутствии других MARs идет конкуреция за связывание между MARs ( Phi-Van and Stratling W.H., 1988 , Izaurralde E. ea, 1989 ).
Компьютерный анализ MARs в генах К-иммуноглобулина мыши и кролика и на других объектах выявили периодически повторяющиеся последовательности, способные образовывать изгибы ДНК ( Anderson J.M., 1986 ).
Лучше всего изучен MAR-элемент, локализованный в Н1-Н3 спейсере гистоновых генов дрозофилы, он состоит из двух связывающихся с матриксом доменов величиной около 200 п. о. ( Phi-Van and Stratling W.H., 1988 ).
MARs генов тяжелых цепей иммуноглобулина, фланкирующих энхансер, занимают примерно 406-350 п.о. ( Cockerill P.N. ea, 1987 , Cockerill P.N. and Garrard W.T., 1986 ).
Другие MARs больше, и содержат множественные сайты связывания с матриксом ( Cockerill P.N. ea, 1987, Cockerill P.N. and Garrard W.T., 1986 ).
Недавно было показано, что MARs содержат не только А-Т богатые районы, но и Т-G богатые и потенциальную Z-ДНК ( Anderson J.M., 1986 ). Следует отметить, что человеческие теломеры также ассоциированы с ядерным матриксом через G-C богатые участки ( Titia de Lange, 1992 ).
