Регуляция доменной организации хроматина
У высших эукариот домены хроматина могут находиться в конденсированном или деконденсированном состоянии. В основании доменов находятся последовательности которые служат одновременно сайтами связывания с ядерным матриксом и с белками репликации ( Grunstein, 1990 ; Han, Grunstein, 1988 ).
Предположительно, домены хроматина - это группы генов, экспрессия которых регулируется совместно на уровне структуры хроматина. Степень спирализации одного домена не зависит от упаковки другого. Во время репликации домен может приобрести открытую или закрытую для транскрипции конформацию, что зависит от наличия специфических белковых факторов. В начале фазы S этих факторов много, поэтому чем раньше в фазе S реплицируется соответствующий домен, тем больше вероятность, что он приобретет открытую конформацию в результате связывания с белками- регуляторами ( Goldman, 1988 ).
У дрожжей пока описан единственный случай регуляции большого домена - это регуляция транскрипции и переключения типа спаривания в локусах HMR и HML . Транскрипция MAT связана с наличием в области промотора сайта, сверхчувствительного к нуклеазам. В промоторах HMR и HML такой сайт появляется только в присутствии мутаций sir ( Nasmyth, 1982 ). При исследовании причин изменения структуры хроматина выявлены последовательности-сайленсеры, способные ингибировать транскрипцию, находясь в большом (до 2500 п.н.) расстоянии от промотора. При наличии сайленсера в промоторе исчезают участки, чувствительные к действию нуклеазы. Две группы исследователей осуществили мутагенез in vitro HMR и HML и выделили два сайта, ответственные за репрессию транскрипции E и I ( Feldman et al., 1984 ; Abracham et al., 1984 ). Эти сайты находятся справа и слева, на расстоянии от промотора (1600 п.н. от промотора HML, 700 п.н. от промотора HMR).
На плазмиде E и I элементы HMR и HML взаимозаменяемы. При встраивании гена TRP1 между E и I обнаружили, что он экспрессируется в клетках sir, но не sir+. Оказалось, что в хромосоме роль сайленсеров выполняют только E вблизи HMR, и оба элемента вблизи HML ( Mahoney, Broach, 1989 ). B E и I имеется последовательность кора ARS-элементов . Наличие E и I сообщает плазмиде свойство атомно реплицироваться. Кроме того, в E имеются сайты связывания для белков RAP1p и ABF1p , а в I - сайт связывания ABF1p и участок со слабой гомологией сайта связывания RAP1p ( Hoffmann et al., 1989 ; Feldman et al., 1984 ).
Кор-последовательность, ABF1p и RAP1p необходимы для осуществления функции дрожжевых сайленсеров, например, для подавления транскрипции ( Kimmerly et al., 1988 ; Buchman et al., 1988 ; Brand et al., 1987 ), и для упорядоченной сегрегации плазмид с UMR-E ( Kimmerly et al., 1988 ). Предполагаемый механизм - связывание плазмид в области UMR-E с ядерным матриксом, что способствует упорядоченной сегрегации.
В присутствии белка ядерного матрикса RAP1p возможно образование петель хроматина, в основании которых лежат сайты связывания RAP1p.
Предположительно, петли приводят к репрессии транскрипции в области HM, инактивируя промотор, или изменяя структуру хроматина внутри петли ( Hoffmann et al., 1989 ). Против этой модели свидетельствует тот факт, что E и I действуют и в тех областях, где образование петли невозможно.
Вместе с тем есть данные, что определенную роль играет упаковка нуклеосомы в области HM. Делеция в консервативном участке гистона H4 приводит к активации HM ( Kayne et al., 1988 ), а мутации в SIR3 - к супрессии мутации в гистоновом гене ( Magee et al., 1990 ; Roth et al., 1990 ; Grunstein, 1990 ). Авторы предполагают поэтому, что sir3 взаимодействует с гистоном H4 и влияет на упаковку хроматина в области HM. Показано, что у температурочувствительного мутанта sir3 репрессия наблюдается при переносе из рестриктивной в пермиссивную температуру только после окончания репликации.
Таким образом, конкретные механизмы репрессии HMR и HML неясны.
