Экспрессия генов в трансгенных животных: введение
Проблема воспроизводимой и тканеспецифичной экспрессии чужеродных генов весьма существенна для достижения тех целей, с которыми создаются трансгенные животные. Экспрессия эукариотического гена зависит от многих факторов [ Jaenish, 1989 , Dillon ea 1993 ]. Вам хорошо известно, что в ее регуляцию вовлечены цис-действующие элементы - энхансеры и промоторы . Ткань, в которой происходит экспрессия, часто определяется комбинацией тканеспецифического энхансера с определенным промотором. Часто бывает нужно создавать такие условия, чтобы ген при нормальных условиях не экспрессировался, а включался только тогда, когда это нужно экспериментатору. Такую индуцированную экспрессию можно обеспечить за счет использования индуцируемых промоторов . Например, существуют низкомолекулярные, богатые цистеином внутриклеточные белки металлотионеины . Они связывают ионы тяжелых металлов и защищают организм от их действия. Экспрессия генов, кодирующих металлотионеины, индуцируется в присутствии тяжелых металлов [ Thiele, 1992 ]. Промоторы этих генов часто используют для того чтобы вызвать экспрессию трансгена в нужное время. В ряде случаев было показано, что экспрессия чужеродных генов в трансгенном животном может быть стимулирована, если в корм добавлять соли тяжелых металлов.
Промоторы генов, подверженных гормональной регуляции также можно использовать для подобных целей. Примером может служить LTR мышиного вируса опухоли молочной железы ( MMTV ). Результаты показывают - активность генов можно модулировать in vivo внешними сигналами, жаль только, что эти стимулы имеют токсические эффекты, что снижает их ценность.
Однако энхансеры и промоторы сами по себе еще не все, что нужно для активации транскрипции [ Dillon ea 1993 ]. Об этом нам говорят опыты на трансгенных животных. Когда гены вставляются в геном случайным образом, в подавляющем большинстве случаев они экспрессируются не так, как следовало бы ожидать исходя из структуры и известных функций регуляторных элементов, которые к ним присоединяются в надежде получить желаемую экспрессию в желаемых тканях и в желаемое время.
Это означает, что на экспрессию генов влияют не только пристроенные регуляторные конструкции, но и другие регуляторные элементы, которые в хромосоме хозяина расположены рядом со встроеным геном и от состояния хроматина в месте, куда попал встраиваемый ген.
В организме каждый энхансер действует только на определенный ген. Как же он ухитряется не влиять на другие гены и не мешать тщательно согласованной регуляции?
Гипотеза заякоренных петель хроматина приписывают этим петлям множество функций. Размеры этих петель - 50 - 100 kb. Петли прикрепляются к ядерному матриксу определенными участками. Выясняется, что после хромосомной перегруппировки, когда одна из точек разрыва находится в гетерохроматине, и в это место присоединяется активно работающий эухроматиновый ген, он инактивируется в некоторых или во всех клетках, где он нормально экспрессируется. При этом степень инактивации различна в различных типах клеток. Она носит мозаичный характер: в одних есть, в других нет. И те клетки, в которых ген инактивирован, передают инактивацию своим клеткам- потомкам. Предположили, что такие перегруппировки, которые удаляют нормальную границу гетеро- и эухроматина, позволяют конденсированной структуре гетерохроматина распространяться в эухроматиновую область и инактивировать соседние гены. Далее в духе времени предположили, что образование гетерохроматина это самосборка, подчиняющаяся закону действующих масс. Это 1984 год.
Эта инактивация не связана с изменением структуры генов. А только с изменением структуры хроматина в данном положении. Этот эффект назвали нестабильным или мозаичным эффектом положения (Position effect variegation, PEV ). Variegation означает пестрая окраска.
Оказалось, что существуют мутации, модифицирующие эффект положения , которые могут менять степень инактивации генов в Variegating областях. Эти мутации могут действовать на гены:
-кодирующие хромосомные белки,
-кодирующие ферменты, модифицирующие хромосомные белки,
-на модуляторы этих генов,
-на факторы, вовлеченные в сборку хромосом и гетерохроматина. Многие из этих мутаций найдены, включая супрессоры (suppressors of PEV, Su(var) ), которые супрессируют инактивацию генов, подверженных эффекту положения (variegating genes), и энхансеры, усиливающие эффект положения ( En(var) ).
У дрозофилы мутации в 120 локусах могут иметь доминантный эффект на PEV. Многие из этих локусов были клонированы и идентифицированы. Некоторые из них кодируют компоненты гетерохроматина. Ожидается, что вообще множество усилителей и супрессоров эффектов положения могут кодировать другие компоненты хроматина. Какие-то должны кодировать сборку хромосом, какие-то должны вовлекаться в ДНК-репликацию и какие-то одновременно и в репликацию, и в транскрипцию [ Eissenberg ea 1991 , Shaffer ea 1993 ]. SAR/MAR-элементы: исследование функций
