Функционирует при финансовой поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям (Роспечать)

Перестройка хроматина мало повлияла на активность генов внутри него

Аллегория на трехмерную структуру хроматина дрозофилы Drosophila melanogaster. Пирамиды на земле — хроматин обычных мух, их отражение в воде — хроматин мутантных особей, созданных в ходе исследования. Несмотря на различия в положении этих пирамид, природа пейзажа (сравнивается с экспрессией генов) в обоих случаях едина

Beata Edyta Mierzwa in collaboration with EMBL

Немецкие исследователи обнаружили, что у плодовой мушки Drosophila melanogaster после масштабной перестройки трехмерной структуры хроматина уровень экспрессии многих генов остается таким же, как и до нее. Это означает, что регуляторные участки генов, энхансеры, обладают специфичностью и влияют на работу не любого, а наиболее подходящего им гена. Научная статья опубликована в журнале Nature Genetics.

Информация о мРНК, кодирующих белки, записана в генах, а они составляют ДНК. ДНК у эукариот вместе с особыми белками составляет хроматин, а он уложен в линейные хромосомы. Есть несколько уровней упаковки хроматина, они отличаются плотностью. Состояние хроматина напрямую влияет на доступность генов для считывания и синтеза на их матрице РНК (экспрессии). Если фрагмент ДНК будет со всех сторон закрыт белками, с ним не смогут контактировать факторы транскрипции и РНК-полимеразы.

Из этого следует, что изменение трехмерной структуры хроматина должно влиять на экспрессию генов. Однако у эукариот чтение гена не может начаться с произвольного места, оно всегда стартует в одной и той же точке. Площадка для начала транскрипции (синтеза мРНК) называется промотор. Он входит в состав своего гена. Также существуют энхансеры — фрагменты ДНК, которые стимулируют экспрессию одного или сразу нескольких генов. Они могут располагаться далеко от генов, активностью которых управляют.

Сотрудники Европейской молекулярно-биологической лаборатории (EMBL) во главе с Яном Корбелем (Jan O. Korbel) и Айлин Фурлонг (Eileen E. M. Furlong) оценили, как меняется экспрессия различных генов дрозофилы, если перестроить порядок примерно 75 процентов генов этого насекомого. Это неизбежно должно приводить и к изменениям в трехмерной структуре хроматина. Таких масштабных перестроек исследователи добивались скрещиванием различных линий мух с балансерными хромосомами, в которые специально вносили инверсии и другие изменения различных масштабов. При этом ученые следили за состоянием энхансеров и уровнем экспрессии генов.

У насекомых, полученных в ходе эксперимента, нашли восемь особо крупных инверсий (переворот участков хромосом), десятки небольших инверсий и дупликаций (удвоение участков хромосом), а также тысячи делеций (исчезновение фрагментов одного или нескольких генов). Однако экспрессия большинства исследованных генов (4845 из 5357) осталась на прежнем уровне, хотя энхансеры также поменяли положение. Более того, еще один вид особых участков ДНК, задействованных в чтении генетической информации, — топологически ассоциированные домены, ТАД — тоже переместились в результате перестроек хроматина, но это не повлияло на уровень экспрессии большинства генов.


Авторы пришли к выводу, что раз положение энхансеров не оказало большого влияния на активность генов, то энхансеры каким-то образом распознают промоторы, которые им «положено» контролировать, то есть их работа специфична. Кроме того, полученные данные заставляют усомниться в роли TAD в экспрессии генов. «Эти результаты ставят под вопрос универсальность бытующей сейчас догмы, что топологически ассоциированные домены хроматина (ТАД) критически важны для ограничения работы энхансеров», — отметила Айлин Фурлонг.

Тремя годами ранее американские исследователи при помощи микроскопии высокого разрешения показали, как трехмерная структура хроматина дрозофилы меняется при действии различных эпигенетических факторов.

Светлана Ястребова

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.