7.3. Изменения в структуре хроматина, связанные с активацией транскрипции и элонгацией

Транскрипционно активные эухроматиновые районы содержат нуклеосомы, но в «развернутом» состоянии, обозначаемом как «бусинки на нити», или 11-нанометровая фибрилла. Нуклеосомы в этом состоянии все еще оказывают присущее им подавляющее влияние на транскрипционную машину. Некоторые транскрипционные факторы, будь то активаторы или репрессоры, могут получать доступ к своим сайтам, когда они содержатся в нуклеосомах, но другие этого не могут. Более того, аппарат, рекрутируемый связанными с ДНК регуляторами и ответственный за доставку RNA pol II к промоторам, ограничен присутствием нуклеосом. Ряд различных механизмов служит для реконфигурирования хроматина, приведения генов в готовность для последующей транскрипции или стимулирования инициации или элонгации. Некоторые из этих механизмов изображены на рис. 10.8.

Проблема с нуклеосомами во время транскрипции отчасти решается рекрутированием белковых комплексов для мобилизации и (или) изменения структуры нуклеосом. Эти комплексы делятся на два разных семейства: одно представлено SNF2H (или ISW1 и ISW2 у дрожжей), а другое — семейством Brahma-Swi/Snf (Narlikar et al., 2002; Peterson, 2002; Flaus and Owen-Hughes, 2004) Первое семейство мобилизует нуклеосомы, тогла как Swi/Snf также временно изменяет структуру нуклеосом. Ацетилированные нуклеосомы распознаются комплексом Swi/Snf через взаимодействие с бромодоменом (модель 1 на рис. 10.8).

Вторым механизмом, участвующим в активации генов, является избирательная утеря октамеров в промоторах. Например, у S. cerevisiae октамеры гистонов вытесняются в промоторе гена РН05 во время индукции транскрипции (модель 2 на рис. 10.8) (Boeger et al., 2003; Reinke and Horz, 2003) Кроме того, промоторы S. cerevisiae обладают конститутивно низкой плотностью нуклеосом, что делает возможным доступ для транскрипционных факторов (Sekinger et al., 2005). Все еще неизвестно, способствуют ли комплексы АТФ-зависимош ремоделинга генерированию и поддержанию этого редкого размещения, и если способствуют, то как они это делают.

Третий главный механизм, участвующий в установлении транскрипционных состояний, — это наличие вариантов гистонов. Имеются два типа вариантов гистонов, ассоциирующихся с активностью генов. Во-первых, вариант Н2А, называемый H2AZ, обнаруживается в нуклеосомах вокруг вокруг свободного от нуклеосом участка промотора [the promoter gap] и подготавливает ген к активации (Santisteban et al., 2000; Raisner et al., 2005; Zhang et al., 2005); специфичный комплекс АТФ-зависимого ремоделинга, называемый Swrl, замещает Н2А вариантом H2AZ (модель 3 на рис. 10.8) (Mizuguchi et al., 2004; дополнительные детали см. в главе 13). Во-вторых, одна из изоформ H3, называемая Н3.1, во время репликации инкорпорируется в хроматин, тогда как изоформа H3.З инкорпорируется не зависящим от репликации образом (Ahmad and Henikoff, 2002), с помощью шаперона HIRA (histone regulator А). Этот вариант преимущественно обнаруживается внутри ORFs генов (Mito et al., 2005), заставляя полагать, что его размещение является процессом, сочетанным с транскрипцией.

Для преодоления нуклеосомного барьера для элонгации RNA pol II (и RNA pol I) существуют дополнительные механизмы. Было изолировано большое число факторов, влияющих на транскрипционную элонгацию (Sims et al., 2004). Обнаружили, что один из этих факторов позволяет RNA pol II преодолевать нуклеосомы. Этот фактор известен как FACT (аббревиатура от Facilitate Chromatin Transcription). Важно, что FACT функционирует исключительно через посредство нуклеосом, связывается с ними и затем стимулирует смещение одного димера Н2А/Н2В (модель 4 на рис. 10.8) (Belotserkovskaya et al., 2003). Коль скоро транскрипция прекращается, FACT также стимулирует реконституцию нуклеосомы. Интересно, что FACT осуществляет свои функции в отсутствие энергии, но физически взаимодействует с CHD1, белком, который гидролизует АТФ для мобилизации нуклеосом и связывания с активной меткой H3K4те. Более того, FACT также взаимодействует с NuA4 — комплексом, содержащим активность HAT. Хотя FACT может способствовать смещению димера Н2А/Н2В in vitro независимым от АТФ образом, возможно, что это стимулируется его взаимодействием с такими факторами, как CHD1, которые мобилизуют или изменяют структуру нуклеосом in vivo, а также взаимодействие с HPTMs (Reinberg and Sims, 2006).

^{Рис. 10.8. Модели участия ремоделинга хроматина и обмена гистонов в процессах транскрипции}

^{В модели 1 семейство АТФаз Swi/Snf связывается с хроматином посредством узнавания ацетилированных гистонов с помощью бромодомена и действует таким образом, чтобы изменить локальную структуру хроматина. Модель 2 изображает замещение октамера [the reported octamer eviction], происходящее в некоторых локусах, таких как РН05, с помощью неизвестного механизма. В модели 3 АТФаза SWR1 катализирует замещение гистона Н2А вариантом H2AZ. который подготавливает хроматин к транскрипции. В модели 4 делается акцент на участии FACT в транскрипционной элонгации, что способствует развертыванию [unraveling] за счет смещения димера Н2А/Н2В. Это может сопровождаться обменом гистона H3 на H3.З в ходе этого процесса}