Эпигенетика - [29]
>Рис. 3.6. Сайты, по которым происходят модификации гистоновых «хвостов»
>Аминотерминальные «хвосты» гистонов составляют четверть массы нуклеосомы. На них находится огромное большинство известных сайтов, по которым происходит ковалентная модификация и которые изображены на рисунке. Модификации происходят также и в глобулярном домене (заключено в прямоугольник) некоторые из них указаны на рисунке. В целом в число активных меток входят ацетилирование (бирюзовый флажок Ас), метилирование аргинина (желтый шестиугольник Ме) и метилирование некоторых лизинов, таких как H3К4 и H3K36 (зеленый шестиугольник Ме). Функция H3К79 в глобулярном домене — антисайленсинг. В число репрессивных меток входят H3К9, H3К27 и H4K20 (красный шестиугольник Ме). Зеленый цвет — активная метка, красный — репрессивная метка
Фигурирующая в учебниках 11-нанометровая матрица типа «бусинок на нити» представляет собой активную и в основном «развернутую» интерфазную конфигурацию, в которой ДНК периодически оборачивается вокруг повторяющихся единиц — нуклеосом (рис. 3.7). Однако эта хроматиновая фибрилла не всегда составлена из нуклеосом, расположенных на регулярном расстоянии друг от друга. Нуклеосомы могут быть упакованы нерегулярно и могут сворачиваться в структуры более высокого порядка, анализ которых при атомном разрешении еще только начинается (Khorasanizadeh, 2004). Характерные конформации хроматина более высокого порядка возникают в разных районах генома во время спецификации судьбы клеток или на разных стадиях клеточного цикла (интерфазный vs. митотический хроматин).
Расположение нуклеосом на 11-нанометровой матрице может быть изменено в результате cis-эффектов и trans-эффектов ковалентно модифицированных «хвостов» гистонов (рис. 3.8). Cis-эффекты возникают в результате изменений в физических свойствах модифицированных хвостов гистонов, таких как модуляции в электростатическом заряде или в структуре «хвостов», которые, в свою очередь, изменяют межнуклеосомные контакты. Хорошо известным примером может служить ацетилирование гистонов, которое, как давно подозревали, нейтрализует положительные заряды сильно основных гистоновых «хвостов», порождая в результате локальное растяжение хроматиновой фибриллы и тем самым обеспечивая лучший доступ транскрипционной машины к двойной спирали ДНК. Фосфорилирование, благодаря добавлению суммарного отрицательного заряда, может создавать «очажки зарядов» [charge patches] (Dou and Gorovsky, 2000), которые, как полагают, изменяют упаковку нуклеосом или экспонируют аминоконцы гистонов, изменяя у хроматинового полимера состояние сворачивания более высокого порядка (Wei et al., 1999; Nowak and Corces, 2004). Считается, что во многом таким же образом линкерные гистоны (Н1) стимулируют упаковку фибрилл более высокого порядка, экранируя отрицательный заряд линкерной ДНК между соседними нуклеосомами (Thomas, 1999; Khochbin, 2001; Harvey and Downs, 2004; Kimmins and Sassone-Corsi, 2005). Добавление таких объемистых аддуктов, как убиквитин и АДФ-рибоза, также может индуцировать разное расположение гистоновых «хвостов» и открывать группы нуклеосом. В какой мере гистоновые «хвосты» могут индуцировать компактизацию хроматина посредством механизмов, зависящих от модификаций и не зависящих от них, — еще не ясно.
>Рис. 3.7. Структурирование хроматина более высоких порядков
>11-нанометровая фибрилла представляет собой ДНК, накрученную вокруг нуклеосом 30-нанометровая фибрилла компактизирован а далее во все еще неподтвержденную структуру (изображена здесь как соленоидная конформация), включающую линкерный гистон Н1. 300—700-нанометровое волокно представляет собой динамическое «выпетливание» более высокого порядка, которое обнаруживается как в интерфазном, так и в метафазном хроматине. 1,5-микрометровая конденсированная хромосома представляет собой наиболее компакгизированную форму хроматина, которая обнаруживается только во время ядерного деления (митоза или мейоза). Еще не ясно, каким образом картины бэндинга (т. е. G- или R-бэндинга) митотической хромосомы коррелируют с конкретными структурами хроматина
>Рис. 3.8. Переходы в хроматиновой матрице (cis/trans)
>cis-эффекты: ковалентная модификация остатка гистонового «хвоста» приводит к изменению структуры или заряда, проявляющемуся как изменение в организации хроматина, trans-эффекты: ферментативная модификация остатка гистонового «хвоста» (напр., метилирование H3К9) приводит к возникновению сродства к ассоциированному с хроматином белку (modbinder, напр., НР1). Ассоциация mod binder (или комплексов ассоциированных белков) вызывает изменения в структуре хроматина «вниз по течению». Замещение гистонов: ковалентная модификация гистонов (или другой стимул) может послужить сигналом для замещения какого-то корового гистона вариантным гистоном с помощью комплекса-обменника, осуществляющего ремоделинг нуклеосом
Модификации гистонов могут также вызывать то, что мы обозначаем как trans-эффекты, рекрутируя в хроматин связанные с модификацией молекулы-партнеры. Это может рассматриваться как «считывание» конкретной ковалентной метки гистона зависимым от контекста образом. Некоторые партнеры по связыванию обладают особым сродством и поэтому говорят, что они «помещаются как в док» («dock») на специфические «хвосты» гистона и нередко делают это, играя роль хроматиновой «застежки-липучки» («Velcro») для одного полипептида в составе значительно более крупного ферментативного комплекса, которому нужно связаться с хроматиновым полимером. Например, бромодомен — мотив, распознающий ацетилированные остатки гистона — часто, хотя и не всегда, является частью фермента ацетилтрансферазы гистонов (HAT), функция которого — ацетилирование гистонов-мишеней (см. рис. 3.10 в разделе 7) и который существует как часть более крупного комплекса, осуществляющего ремоделинг хроматина (Dhalluin et al. 1999; Jacobson et al. 2000). Аналогичным образом метилированные остатки лизина, встроенные в гистоновые «хвосты», могут считываться хромодоменами (Bannister et al., 2001; Lachner et al., 2001; Nakayama et al., 2001) или сходными доменами (например, МВТ, tudor) (Maurer-Stroh et al., 2003; Kim et al., 2006) и облегчать модуляции хроматина, происходящие «ниже по течению». В некоторых случаях, например, ассоциация хромодоменных белков ускоряет распространение гетерохроматина путем катализируемого гистоновой метилтрансферазой (HKMT) метилирования соседних гистонов, которые затем считываются хромодоменными белками (глава 5).
