PTGS и TGS: связь механизмов защиты от экспрессии чужеродных генов
Исходно явления транскрипционного и пост-транскрипционного зависимого от гомологии подавления экспрессии генов представлялись совершенно различными процессами, один из которых протекает в ядре и связан с ДНК-ДНК взаимодействием, в то время как другой идет в цитоплазме и требует наличия РНК-посредника. Однако дальнейшие исследования показали связь этих явлений, которые теперь представляются единым механизмом защиты от экспрессии чужеродных элементов генома.
Важным указанием на связь механизмов TGS и PTGS является тот факт, что двухцепочечная РНК может индуцировать транскрипционное подавление экспрессии гомологичных генов у растений, если она направлена к промоторной нетранскрибируемой области.
TGS, индуцированный двухцепочечной РНК , удается вызвать как экспрессией двухцепочечной РНК с трансгена, содержащего инвертированный повтор ( Mette et al., 2000 ; Mette et al., 1999 ; Sijen et al., 2001b ), так и репликацией вируса, содержащего гомологичную промотору последовательность ( Jones et al., 1999 ; Jones et al., 2001 ). В последнем случае ДНК-ДНК взаимодействие, ранее предполагаемое основной причиной TGS, полностью исключается. Индуцированный экспрессией двухцепочечной РНК TGS сопровождается интенсивным метилированием гомологичной последовательности и появлением siRNA , что свидетельствует о едином биохимическом пути двухцепочечной РНК в обоих случаях ( Mette et al., 2000 ; Sijen et al., 2001b ).
Неожиданным оказалось то, что вирусный супрессор HC-Pro , приводящий к исчезновению siRNA при PTGS, не блокирует образование siRNA при TGS, а наоборот, приводит к увеличению их количества ( Mette et al., 2001 ). Авторы предложили модель, согласно которой процессинг двухцепочечной РНК и последующее накопление siRNA при TGS идет в ядре, в то время как HC-Pro приводит к деградации siRNA только в цитоплазме, высвобождая стабилизирующий siRNA фактор, который может входить в ядро. Способность двухцепочечной РНК к процессингу на siRNA в ядре подтверждается тем, что 22-23-х нуклеотидные siRNA обнаруживаются при заражении растения вироидами, которые реплицируются в ядре клеточной ДНК-зависимой РНК-полимеразой II ( Itaya et al., 2001 ; Papaefthimiou et al., 2001 ).
В этом отношении интересно отметить, что при PTGS у растений и РНК-интерференции у животных эффективность репрессии, вызванной кодирующими двухцепочечную РНК трансгенами, увеличивается, если такие трансгены содержат интроны, которые могут быть необходимы для экспорта двухцепочечной РНК из ядра в цитоплазму ( Kalidas and Smith, 2002 ; Smith et al., 2000 ).
Хорошим кандидатом на роль феремента, осуществляющего процессинг двухцепочечной РНК в ядре является белок CARPEL FACTORY (CAF) , обладающий теми же доменами, что и Dicer ( Cerutti et al., 2000 ), но к тому же имеющим сигнал ядерной локализации.
