Эпигенетика - [42]
Многие белки PcG и trxG действуют кооперативно, поддерживая в нормальной клетке жестко контролируемый уровень репрессированного гетерохроматина по отношению к активному эухроматину. У млекопитающих в соматических интерфазных ядрах морфология ядер показывает, что конститутивные домены околоцентромерного гетерохроматина сгруппированы в 15–20 фокусов (рис 3.16). Дерегуляция клеточной судьбы и контроля пролиферации, приводящая к аномалиям развития и раку, нередко проявляется в аномальной морфологии ядер. Например, ядерная организация в клетках больных PML-лейкемией (родственной смешанной лимфоцитарной лейкемии [MLL]) демонстрирует отсутствие перицентромерных фокусов (Di Сгосе, 2005). В противоположность этому стареющие (непролиферирующие) клетки обнаруживают ядерную морфологию с крупными эктопическими кластерами гетерохроматина (Narita et al., 2003; Scaffidi et al., 2005). Таким образом, морфология ядер оказывается хорошим маркером, позволяющим различать нормальные и аберрантные клеточные состояния; это показывает, что архитектура ядра может, помимо всего прочего, играть регуляторную роль в поддержании специализированных доменов хроматина.
Изучение уровней модификации гистонов является еще одним индикатором нормальности или ненормальности клеток. Многие из этих изменений приписываются дерегуляции HKMTs группы PcG (например, Ezh2) или trxG (например, MLL), что вносит вклад в прогрессию и даже метастатический потенциал опухолей (см. раздел 15). Действительно, увеличение общих уровней содержания любого из вышеупомянутых белков связано с повышенным риском возникновения рака простаты, рака груди, множественной миеломы или лейкемии (Lund and van Lohuizen, 2004; Valk-Lingbeek et al., 2004). В других случаях неопластической трансформации имеют место явное снижение уровня репрессивных гистоновых меток и увеличение общего ацетилирования (Seligson et al., 2005), вызывающие повышение уровня транскрипции генов и нестабильности генома. Очевидно, что изменения в глобальном контроле хроматина, может быть через нарушение работы энзимов, модифицирующих гистоны, влияют на функциональность генома и нарушают специфический профиль экспрессии генов в нормальной клетке.
>Рис. 3.16. Клеточная идентичность, определяемая белками PcG u trxG
>В ходе эмбриогенеза устанавливаются два клеточных компартмента, различающихся по своему дифференцировочному потенциалу: это зародышевые клетки (тотипотентные) и соматические клетки (включая стволовые клетки) с ограниченными дифференцировочными потенциями. Пластичность потенциала экспрессии генома зародышевых или стволовых клеток отражается в сниженных уровнях репрессивных гистоновых меток, которые больше не видны в околоцентромерных фокусах. Нормальные пролиферирующие клетки обычно обладают ядерной морфологией с 15–20 гетерохроматиновыми фокусами. Комплексы, содержащие Polycomb и Trithorax, действуют, определяя эпигенетическую и, отсюда, клеточную идентичность разных линий. Они функционируют также в ответ на внешние «стрессорные» воздействия, стимулируя клеточную пролиферацию и соответствующую экспрессию генов. В стареющих клетках происходит утрата пластичности генома и пролиферационного потенциала, что находит свое отражение в аномально крупных гетерохроматиновых фокусах и в общем повышенном уровне репрессивных гистоновых меток. Однако интенсивно пролиферирующие опухолевые клетки обнаруживают изменения в балансе репрессивных и активирующих гистоновых меток через дерегуляцию модифицирующих гистоны энзимов PcG и trxG. Это сопровождается нарушениями ядерной морфологии
В случае клеточного старения увеличение уровня реперессивных меток гистонов также является индикатором клеточной дисфункции. Такое увеличение, сопровождаемое сниженным выявлением ацетилирования гистонов, может укрепить и даже повысить уровни «молчащего» хроматина, блокируя клеточную пластичность и направляя клетки в антипролиферативное состояние (Scaffidi et al., 2005). Это в значительной мере связанный с возрастом эффект, хотя особое болезненное состояние, прогерия, может преждевременно ускорять старение. Напротив, когда у мутантов, не имеющих трансдуцирующего энзима (Suv39h), снижается уровень репрессивных перицентромерных метальных меток, клетки обнаруживают повышенные скорости иммортализации, отсутствие старения и повышенную нестабильность генома (Braig et al., 2005). Эти примеры являются иллюстрацией того, что дерегуляция хроматина, которая проявляется в уровнях характерных гистоновых меток, часто трансдуцируемых энзимами PcG и trxG, и ядерная морфология оказываются важным индикатором прогрессии болезни.
13. Инактивация Х-хромосомы и факультативный гетерохроматин
Сайленсинг генов, опосредованный PcG, и инактивация Х-хромосомы являются лучшими примерами регулируемых в развитии переходов между активным и неактивным состояниями хроматина (рис. 3.17), часто называемого факультативным гетерохроматином. Он назван так в противоположность конститутивному гетерохроматину (например, в околоцентромерных доменах), который, по умолчанию, может быть индуцирован в некодирующих и высокоповторяющихся районах. Факультативный гетерохроматин встречается в
