Учёные объяснили процесс, с помощью которого клетки «прячут» потенциально опасные сегменты ДНК
ДНК в ядре клетки упакована в высококонденсированные хроматиновые волокна с помощью белков-гистонов. Часть хроматина, называемая гетерохроматином, находится в сверхконденсированном состоянии. Гены в этих областях «замолкают», так как становятся недоступными для клеточных механизмов активации ДНК. В «скрытых» частях генома также находятся высокоповторяющиеся, бедные генами регионы, некоторые из которых, будучи распакованными, могут вести себя как паразиты, вызывая генетический хаос.
Команда профессора Лимора Джошуа-Тора из Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) выявила критическое условие для установления гетерохроматина. Их исследование, опубликованное 9 апреля в журнале Molecular Cell, показывает, что сборка гетерохроматина зависит от силы связывания белка Chp1 с определённым сайтом на гистоне, присоединённом к двойной спирали.
Роль RNAi в формировании гетерохроматина
Гетерохроматин концентрируется в центромерах хромосом, критически важных для целостности генома. Его формирование зависит от химических «меток» — метильных групп, присоединённых к гистону H3 в определённой позиции (девятый остаток лизина, K9). Эта метка обозначается как H3K9me.
В дрожжах Schizosaccharomyces pombe (модельный организм) точный паттерн метилирования зависит от процесса RNA-интерференции (RNAi). В нём задействованы:
- Фермент, копирующий ДНК в РНК, которая нарезается на короткие сегменты (siRNA).
- Часть аппарата RNAi, известная как RITS-комплекс.
- Различные ферменты, изменяющие конфигурацию хроматина.
Споры о рекрутировании и важность силы связывания
Долгое время шли дебаты о том, как комплекс RITS изначально привлекается в регионы центромер, которым суждено стать гетерохроматином. Сначала учёные полагали, что молекулы siRNA выступают в роли проводников для рекрутирования RITS.
Однако совместное исследование команд CSHL и Джанет Партридж из St. Jude's Children's Research Hospital показало, что одних siRNA для сборки гетерохроматина недостаточно. Ключевую роль играет сила, с которой белок Chp1 (молекулярная «липучка») связывается с метилированным хроматином.
Томас Шальх, ведущий автор исследования, объясняет: «Мы обнаружили, что часть Chp1, известная как хромодомен, связывается с метилированным хроматином с высоким сродством (силой)». Изучая мутантные формы Chp1, команда выявила, что даже при наличии siRNA гетерохроматин не формируется, если нарушено прочное связывание Chp1 с меткой H3K9me.
Кристаллическая структура даёт ответ
Чтобы понять точные точки контакта между Chp1 и его мишенью, команда использовала рентгеноструктурный анализ. Нарушение каждой точки взаимодействия путём внесения мутаций в белок Chp1 снижало силу связывания в разной степени. Даже пятикратное снижение силы связывания предотвращало формирование нового гетерохроматина, несмотря на способность некоторых мутантов генерировать siRNA.
Вывод: siRNA сами по себе не могут установить гетерохроматин, если связывание Chp1 с H3K9me нарушено. Эквивалент Chp1 в клетках млекопитающих пока не найден, но теперь учёные определили «отпечаток» высокоаффинного взаимодействия между хроматин-связывающим белком и его метилированной мишенью, что поможет в поиске похожих белков у млекопитающих.