PTGS: модели ДНК-ДНК-взаимодействия
Некоторые случаи PTGS могут быть разумно объяснены лишь моделью, по которой первоначальное ДНК-ДНК взаимодействие ведет к изменению структуры хроматина и синтезу аберрантных транскриптов, запускающих процесс репрессии.
Так в работе Voinnet c соавт. PTGS растения, содержащего трансген GFP , могло быть индуцированно введением неинтегрирующей в геном гомологичной последовательности ДНК, в том числе без какого-либо промотора ( Voinnet et al., 1998 ). Интересно, что в растение, содержащее полноразмерный трансген GFP, можно было ввести только 5'- или 3'-область GFP, чтобы вызвать PTGS не только против полноразмерного трансгена, но и против вируса, содержащего участок GFP, не имеющий гомологию с введеной ДНК.
Такой феномен можно объяснить взаимодействием введенной ДНК с ДНК трансгена, которое будет приводить к изменению структуры хроматина трансгена, распространяющемуся за пределы области гомологии, и как следствие - синтезу аберрантных транскриптов, запускающих PTGS и 5-' и 3'-области GFP.
Альтернативное объяснение также предполагает взаимодействие ДНК, однако в качестве следствия рассматривается синтез двухцепочечной РНК в результате "переключения" матрицы РНК-полимеразой II с ДНК трансгена на эктопически введнную ДНК ( Sijen and Kooter, 2000 ).
Однако только основанный на изменении структуры хроматина механизм позволяет объяснить двунаправленность процесса распространения области репрессии относительно первоначальной индуцирующей последовательности в отличие от односторонне (5') направленного процесса транзитивной РНК-интерференции, опосредованного действием RdRP .
Такое двунаправленное распространение близко к одному из немногих охарактеризованных случаев косупрессии у дрозофилы. Первоначально было обнаружено, что увеличение в геноме копий химерного трансгена white-adh , содержащего промотор гена white и кодирующую часть гена алкогольдегидрогеназы (adh) , приводит к подавлению экспрессии самих трансгенов, а также эндогенного гена алкогольдегидрогеназы ( Pal-Bhadra et al., 1997 ).
Позднее было обнаружено, что косупрессию друг друга способны вызывать также трансгены white-adh и adh-white , не содержащие области гомологии друг с другом, но только если в геноме присутствовал эндогенный ген алкогольдегидрогеназы ( Pal-Bhadra et al., 1999 ). Вероятно, изменение структуры хроматина, вызванное гомологичным взаимодействием трансгена white-adh и эндогена adh, также путем гомологичного взаимодействия передавалось на трансген adh-white. Было показано, что косупрессия происходит на транскрипционном уровне и опосредуется действием белков группы Polycomb , участвующих в создании и поддержании репрессионной структуры хроматина ( Pal-Bhadra et al., 1997 ; Pal-Bhadra et al., 1999 ).
С другой стороны показано, что этот процесс имеет также и пост-транскрипционную составляющую, коррелирующую с обнаружением коротких siRNA (Birchler, личное сообщение). Пост-транскрипционное подавление экспрессии в этом случае нарушалось при мутации в гене piwi , принадлежащему к семейству Argonaute.
Можно предположить, что изменение структуры хроматина, вызванное взаимодействием трансгенов и опосредованное белками группы Polycomb, приводит к синтезу аберрантных транскриптов и запуску процесса PTGS.
Как транскрипционный, так и пост-транскрипционный компонент может быть предположен и в случае косупрессии, вызванной повторяющимися трансгенами в герминальной ткани C. elegans, хотя напрямую уровень репрессии в этом случае не исследовался.
Косупрессию у C. elegans нарушают как мутации в нескольких генах, гомологичных генам группы Polycomb дрозофилы ( Kelly and Fire, 1998 ), так и в генах II группы , участвующих в РНК-интерференции ( Dernburg et al., 2000 ; Ketting and Plasterk, 2000 ).
Было показано, что для индукции косупрессии трансгены должны содержать функциональный промотор, и специфичность репрессии определяется кодирующей, а не промоторной областью трансгена, что свидетельствует о том, что именно РНК, транскрибируемая с трансгенов, запускает репрессию эндогена ( Dernburg et al., 2000 ; Ketting and Plasterk, 2000 ).
Модель косупрессии у C. elegans также предполагает изменение структуры хроматина тандемных повторов трансгенов, ведущее к образованию аберрантной РНК и дальнейшему запуску процесса, аналогичного РНК-интерференции. Согласно этой модели, гены II группы РНК-интерференции ( mut-7 и rde-2 ) участвуют во второй стадии косупрессии после синтеза аберрантных транскриптов в пост-транскрипционном подавлении экспрессии гомологичных последовательностей. Однако было показано, что при мутациях в генах mut-7 и rde-2 структура хроматина тандемных трансгенов меняется ( Dernburg et al., 2000 ). Это либо заставляет предположить действие соответствующих белков на первой стадии в создании специфической структуры хроматина ( Dernburg et al., 2000 ), что маловероятно, либо означает наличие самоподдерживающегося цикла, аналогичного циклу метилирования у растений, при котором измененная структура хроматина ведет к синтезу аберрантных транскриптов, которые в свою очередь приводят к поддержанию специфической структуры хроматина.
