PTGS и TGS: контроль экспрессии клеточных генов
В противоположность несомненному функционированию процессов PTGS и TGS при репрессии вирусов и мобильных элементов, их участие в контроле экспрессии нормальных клеточных генов только начинает изучаться.
К искусственной косупрессии близок естественный феномен парамутации у растений , при котором репрессированный аллель способен вызвать наследуемую в последующих поколениях репрессию активного аллеля клеточного гена ( Chandler et al., 2000 ). По всей видимости, парамутация осуществляется посредством наследуемого TGS. Возможно, что парамутации играют важную роль в создании естественного разнообразия и эволюции в популяциях растений.
Следует отметить крайне интересное, однако никак экспериментально не подтвержденное предположение о том, что механизм, подобный механизму РНК-интерференции, может лежать в основе породившего много споров феномена опосредованного РНК переноса памяти от одного животного к другому, обнаруженному нейрофизиологами на планариях в 60 гг. ( Smalheiser et al., 2001 ).
За годы исследования экспрессии генов у эукариот были обнаружены многочисленные случаи транскрипции клеточных генов по обеим цепям ДНК с образованием смысловых и антисмысловых транскриптов (обзоры: Kumar and Carmichael, 1998 ; Vanhee-Brossollet and Vaquero, 1998 ).
Часто двунаправленная транскрипция обнаруживается в генах, подвергающихся геномному импринтингу - зависимости экспрессии аллеля гена от его происхождения от генома одного из родителей ( Erdmann et al., 1999 ; Wutz et al., 1997 ).
Двунаправленная транскрипция также необходима для правильного функционирования локуса Xist , с которого считывается некодирующая РНК, необходимая для инактивации X хромосомы ( Lee et al., 1999 ; Lee and Lu, 1999 ).
В некоторых случаях было показано влияние антисмысловой транскрипции на экспрессию смысловой РНК, однако ни в одном из случаев возможность участия механизма, подобного механизму РНК-интерференции, пока не исследовалась.
Попытки обнаружить короткие РНК, соответствующие Xist РНК у млекопитающих, не увенчались успехом (P. Sharp, личное сообщение).
Мутации в генах ddm1 и met1 у Arabidopsis, влияющих в первую очередь на TGS, изменяют экспрессию нескольких клеточных генов. Кроме мобильных элементов, при мутации в ddm1 уменьшается метилирование и увеличивается экспрессия гена PAI2 , кодирующего фермент ( Jeddeloh et al., 1998 ), и гена MEDEA , подвергающегося геномному импринтингу ( Vielle-Calzada et al., 1999 ).
Неожиданным явилось наблюдение, что при мутациях в ddm1 и met1 гены SUPERMAN и AGAMOUS , оказывались, наоборот, гиперметилированы и репрессированы, несмотря на общее гипометилирование генома ( Jacobsen et al., 2000 ). Такой эффект можно объяснить активацией экспрессии специфических метилаз в этих мутантах или же таким изменением структуры хроматина этих локусов, которое ведет к большей доступности к существующим метилазам.
Метилаза, ответственная за метилирование и репрессию гена SUPERMAN, была недавно идентифицирована - ею оказалась хромометилаза CMT3 , которая также участвует в репрессии ретротранспзонов ( Lindroth et al., 2001 ).
В то время как мутации во многих генах, участвующих в PTGS, не приводят к каким-либо фенотипическим проявлениям или вызывают только активацию мобильных элементов, мутации в других генах приводят также к нарушению развития.
Так у C. elegans мутации в гене ego-1 , кодирующем RdRP , специфичную для герминальных тканей, и гене dcr-1 , гомологу dicer дрозофилы, в результате нарушения гаметогенеза приводят к стерильности особей ( Ketting et al., 2001 ; Knight and Bass, 2001 ; Smardon et al., 2000 ).
Мутация в гене AGO1 , участвующем в PTGS у Arabidopsis, также приводит к нарушению развития растения, по-видимому, из-за дефектов в меристемных тканях ( Bohmert et al., 1998 ).
Белок CAF Arabidopsis, по своей доменной структуре соответствующий белку DICER животных, также необходим для развития меристем ( Jacobsen et al., 1999 ).
Многие из белков семейства Argonaute , к которому относятся белки AGO1 Arabidopsis и RDE1 C. elegans, участвуют в развитии герминальных тканей животных - у дрозофилы такими белками являются piwi и aubergine ( Cox et al., 1998 ; Harris and Macdonald, 2001 ; Wilson et al., 1996 ).
Характерно, что непосредственно вовлеченные в PTGS и близкие к ним гены участвуют в развитии именно герминальных тканей у животных и меристем у растений. С одной стороны, соответствующие белки могут функционировать в других процессах, не связанных напрямую с PTGS, как действительно было показано для piwi и aubergine у дрозофилы ( Cox et al., 1998 ; Harris and Macdonald, 2001 ; Wilson et al., 1996 ). Однако, возможно, что процесс PTGS непосредственно участвует в контроле экспрессии генов, необходимых для правильного развития стволовых клеток в этих тканях.
