5. Балансировка между антагонистическими активностями ремоделинга хроматина

Политенная Х-хромосома самцов обнаруживает особую чувствительность к изменениям в дозе или активности нескольких регуляторов хроматина, которые, как полагают, являются общими, хромосома-неспецифичными факторами. Например, выяснить функциональное взаимодействие между комплексами, несущими ISWI, и комплексом MSL позволило наблюдение, что мутации гена Iswi типа «утраты функции» приводят у самцов к глобальному структурному эффекту в отношении Х-хромосомы: на препаратах слюнных желез эта хромосома выглядит чрезвычайно укороченной и толстой (рис. 16.9), причем комплекс MSL и H4K16ас располагаются внешне непрерывно, а не в виде тонких бэндов (Deuring et al., 2000). Молекулярная основа этого цитологического фенотипа неизвестна, но он совместим с моделью, в которой организация хроматина в отдельные домены была утрачена. Нормальные политенные хромосомы демонстрируют характерный паттерн относительно конденсированных дисков и деконденсированных междисковых участков и пуфов, и эта организация оказывается полностью отсутствующей в Х-хромосоме мутантных самцов Iswi. Короткая длина этой X может быть обусловлена утратой структуры и конденсацией, результатом чего является аномальное увеличение толщины за счет длины.

ISWI (imitation switch protein) — это АТФаза, обнаруженная у Drosophila в трех комплексах ремоделинга хроматина: NURF (nucleosome remodeling factor), ACF (ATP-dependent chromatin assembly and remodeling factor) и CHRAC (chromatin accessibility complex) (Smith and Peterson, 2005). Исследования in vitro показали, что ACF и CHRAC устанавливают регулярно упорядоченные цепочки нуклеосом, тогда как NURF нарушает периодичность нуклеосом. In vivo ACF и CHRAC ведут себя как факторы сборки хроматина, способствующие формированию хроматина в целом и репрессивных состояний хроматина в частности. Напротив, NURF изменяет положение нуклеосом на промоторе hsp 70, реконструированном in vitro, и его ремоделирующая активность существенно усиливается, если нуклеосомы сначала гиперацетилируются. Несмотря на очевидную биохимическую активность NURF в том отношении, что он делает хроматин более доступным, мутанты по nurf301 также обнаруживают аномально деконденсированную Х-хромосому у самцов, наблюдаемую у мутантов Iswi (Badenhorst et al., 2002).

^{Рис. 16.8. Модель «нацеливания» комплекса MSL на Х-хромосому}

^{Комплекс собирается в сайте транскрипции генов roХ и получает доступ к различным сайтам по всей Х-хромосоме, сродство к которым у него варьирует от очень высокого до относительно низкого. Обратите внимание на то, что эта модель приложима к аутосомному распространению комплекса от эктопического гена roХ}

Дефект Х-хромосомы, наблюдаемый в слюнных железах мутантов Iswi и nurf. можно видеть у трансгенных самок, где было индуцировано присутствие комплекса MSL; этот дефект не возникает в присутствии неактивного комплекса MSL у самцов, т. е. в отсутствие H4K16ас. Более того, исследования методом конкурирующего связывания in vitro [in vitro competition studies] с очищенным ISWI позволяют предполагать, что его способность взаимодействовать с изолированными нуклеосомами снижается ацетилированием «хвоста» гистона Н4 по лизину 16 (Corona et al., 2002). Согласно выдвинутому этими авторами спекулятивному предположению, активность MOF изменяет экспрессию сцепленных с X генов, уменьшая способности ISWI стимулировать формирование регулярных нуклеосомных последовательностей (Corona et al., 2002).

^{Рис. 16.9. Гипоморфные мутации гена Iswi затрагивают преимущественно структурную организацию Х-хромосомы у самцов}

^{У самцов дикого типа Х-хромосома по своему общему виду сходна с плечом аутосомы (перепечатано, с любезного разрешения, из. Deuring et al., 2000 [©Elsevier])}

Совершенно иной хромосомный фенотип наблюдается тогда, когда имеет место сверхэкспрессия белка гетерохроматина, SU(VAR)3—7 (Delattre et al., 2004). Белок SU(VAR)3—7 является структурным компонентом гетерохроматина, который ко-локализуется с НР1 (heterochromatin protein 1) и с метилтрансферазой лизина гистонов (НКМТ) SU(VAR)3-9 (глава 5). Хотя сверхэкспрессия Su(var)3—7 вызывает морфологические эффекты в хромосомах и самцов, и самок, Х-хромосома самцов затрагивается в наибольшей степени, поскольку она приобретает очень маленькие размеры и высоко-компактизированный вид.

Странно, что политенная Х-хромосома самцов более чувствительна, чем другие хромосомы, к изменениям в балансе компонентов хроматина с положительными либо отрицательными эффектами. Важным механизмом поддержания наследуемых состояний хроматина может быть конкуренция за повторную сборку [reassembly] факторов после синтеза ДНК. Возможно, гиперактивная политенная Х-хромосома самцов, в силу ее открытого в норме состояния, действует как ведущий индикатор, когда изменяется естественный баланс ключевых факторов, модулирующих хроматин (Lucchesi et al., 2005).