Эпигенетика - [64]

?

^{Рис. 4.7.Пограничные функции гетерохроматина у почкующихся дрожжей}

^{Распространение гетерохроматина посредством деацетилирования белком Sir2 гистона Н4 по остатку К16 ограничивается конкурирующей активностью гистоновой ацетил-трансферазы Sas2, ацетилирующей H4K16 в прилегающем эухроматине, тем самым предотвращая связывание Sir3. Метилирование H3K79 в прилегающем эухроматине также влияет на распространение гетерохроматина. Пограничные функции могут иметь и такие факторы как Reb1, Tbf1 и белки млекопитающих и вирусов Ctf 1 и VP 16, прикрепление к ядерным порам и присутствие генов тРНК. Вполне возможно, что некоторые из них действуют, рекрутируя гистоновые ацетилтрансферазы}

7. Sir2 деацетилирует гистон Н4 по 16-му остатку лизина

Sir2 является НАД-зависимой деацетилазой гистонов, активность которой возрастает при ассоциации с Sir4. Активность Sir2 сопрягает деацетилирование с превращением НАД в О-ацетил-АДФ-рибозу с использованием АДФ-рибозил-трансферазной активности (Tanneret al., 2000). Учитывая, что положительно заряженный остаток H4K16 играет ключевую роль в формировании гетерохроматина, удивительно, что Sir2 может деацетилировать его in vitro и in vivo, хотя он также деацетилирует другие остатки лизина в N-концевом участке Н4 и остатки К9 и К14 гистона H3 (Imai et al., 2000; Suka et al., 2002; Cubizolles et al., 2006). Все эти сайты-мишени расположены в доменах гистонов H3 и Н4, необходимых для сайленсинга. Интересно, что О-ацетил-АДФ-рибоза сама по себе способствует не только мультимеризации Sir3, но также и взаимодействию Sir3 и Sir4-Sir2 in vitro (Liou et al., 2005). В совокупности эти данные показывают, что деацетилирование гистонов белком Sir2 способствует формированию и мультимеризации Sir-комплекса, а также подготавливает деацетил ированные сайты на соседних нуклеосомах к связыванию с SIR-белками.

Различные этапы инициации и распространения гетерохроматина в теломерных областях и локусах НМ показаны на рис. 4.6. В теломерах Rap1 и yKu рекрутируют Sir4, a Sir4 рекрутирует Sir2 для деацетилирования N-концевых доменов гистонов Н4 и H3. Sir4 также рекрутирует Sir3. Деацетилирование гистоновых хвостов приводит к образованию сайтов связывания Sir3/Sir4 и запускает процесс нуклеации комплексом SIR2-3-4. Взаимодействие Sir3 и Sir4 друг с другом и N-концами гистонов, как считается, стабилизируют SIR-комплексы на нуклеосомной фибрилле, что позволяет им распространяться по гистоновым хвостам. Наконец, репрессированное состояние может стабилизироваться свертыванием хромосомной фибриллы (обсуждается ниже). Большинство этих процессов очень сходным образом протекает в области локусов ЯМ, хотя исходное рекрутирование Sir4 опосредовано Rap1, Abf1, ORC и Sir1. Что же останавливает процесс распространения?

8. Ацетилирование гистонов в эухроматине ограничивает распространение SIR-комплексов

Поскольку деацетилирование гистона Н4 по 16-му остатку лизина белком Sir2 критично для формирования гетерохроматина, не удивительно, что модификация этого сайта также играет ключевую роль в ограничении распространения гетерохроматина. Интересно, что из всех сайтов ацетилирования гистонов в моноацетилированных молекулах гистона Н4 в эухроматине модифицирован только H4K16 (Clarke et al., 1993). Одним из ферментов, участвующих в ацетилировании H4K16 в субтеломерных областях, у дрожжей является Sas2, член консервативного класса MYST гистоновых ацетилтрансфераз (HATs — his-tone acetyltransferases). При делениях Sas2, предотвращающих ацетилирование H4K16, и при мутациях H4K16 в аргинин, имитирующих деацетилированное состояние, SIR-комплекс распространяется на нижних уровнях в правой теломере VI хромосомы примерно в пять раз дальше, чем в клетках дикого типа. Это показывает, что распространение субтеломерного гетерохроматина контролируется, как минимум отчасти, противоположными активностями Sir2 и Sas2 в отношении H4K16 (рис. 4.7) (Kimura et al., 2002; Suka et al., 2002).

В области локусов НМ ограничение распространения «молчащего» хроматина, возможно, еще более важно, чем в теломерных участках, поскольку по ходу соответствующего плеча III хромосомы расположены существенные для роста гены, а сайленсеры имеют бидирекциональную активность, то есть репрессируют соседние последовательности ДНК с обеих сторон. Одной из границ, предотвращающих дальнейшее распространение сайленсинга, в направлении теломеры от локуса HMR служит ген тРНК (Donze and Kamakaka, 2001). Его пограничная функция зависит от HAT активности и связана с его транскрипционным потенциалом. Существенно, что одной из таких HAT является Sas2, хотя и ацетилтрансфераза гистона H3, Gcn5 также способствует пограничной функции генов тРНК. Это позволяет предположить, что активаторы транскрипции в целом могут ограничивать распространение SIR-комплексов, рекрутируя гистоновые ацетилтрансферазы. И действительно, пограничные активности были обнаружены у факторов транскрипции Reb1 и Tbf1, фактора млекопитающих CTCF, а также кислого транс-активирующего домена вирусного фактора VP16 (Fourel et al., 1999, 2001). Каждый из них способствует гипер-ацетилированию гистонов и тем самым препятствует распространению SIR-комплексов, ослабляя их связь с нуклеосомами (рис. 4.7).