Раскрыт механизм эпигенетической наследственности

Несмотря на то, что ДНК, содержащуюся в ядрах человеческих клеток, мы называем «человеческим генетическим кодом», не следует забывать о том, что наследственная информация заключена не только в самой ДНК, но также в ядерных и цитоплазматических белках, взаимодействующих с ДНК, и прочих факторах, называемых эпигенетическими, то есть внешними по отношению к геному.

В некоторых случаях ключевую роль играет не последовательность нуклеотидов в ДНК, но характер взаимодействия ДНК с ДНК-организующими белками – гистонами. Прочность связывания ДНК с гистонами определяет уровни экспрессии определенных генов. Группа исследователей из Cold Spring Harbor Laboratory (США) раскрыли прежде не описанный механизм этого взаимодействия. Результаты их работы опубликованы в журнале Current Biology.

Около 10% всей ДНК клетки остается в неактивном состоянии, пребывая в составе плотно «упакованного» гетерохроматина, который деспирализуется только непосредственно перед делением клетки, когда происходит удвоение хромосомного набора. После репликации он вновь образуют плотные структуры, локализующиеся в строго определенных участках хромосом. Такое наследование конформации ДНК обеспечивает внегенетический контроль экспрессии генов. У разных индивидуумов паттерны эпигенетической наследственности различны.

Профессор Роб Мартиенссен (Rob Martienssen) и его коллеги изучают эпигенетическую наследственность на примере дрожжей. Ученые пытаются выяснить, каким образом эпигенетические изменения сохраняются в поколениях этих микроорганизмов. У дрожжей основная часть эпигенетических факторов заключается именно в конформации ДНК, но не в ее химических модификациях и прочих сложных механизмах, присутствующих у многоклеточных организмов, таких как растения и животные.

Молекулы ДНК в действительности обладают весьма большой длинной (ДНК одной соматической клетки человека в деспирализованном виде составит около двух метров), но, благодаря взаимодействию с особыми белками – гистонами, она помещается в микроскопическом ядре клетки. В дальнейшем комплексы ДНК и гистонов подвергаются дополнительным химическим модификациям, в результате чего формируется плотный гетерохроматин. Гены, находящиеся в составе гетерохроматина, не траснкрибируются, поэтому их называют «молчащими».

Раньше считалось, что при делении клетки вся ее ДНК переходит из гетерохроматина в так называемый эухроматин, все гены в составе которого активно транскрибируются. Однако некоторые участки гетерохроматина появляются тотчас после завершения деления клетки, как выяснили Мартиенссен и коллеги. Они обнаружили, что модификации гистонов наследуются путем сложного биохимического механизма, который называется РНК-интерференцией.

При РНК-интерференции специфические РНК (так называемые малые интерферирующие РНК), транскрибирующиеся с определенных участков ДНК, взаимодействуют с гистонами, связанными с этими участками. Поскольку каждая РНК строго соответствует той ДНК, с которой была транскрибирована, РНК-интерференция обеспечивает специфичность всего процесса.

Вопрос состоит в том, каким образом гены, находящиеся в составе гетерохроматина, могут транскрибироваться с образованием малых интерферирующих РНК, которые затем моделируют их связи с гистонами. Мартиенссен и коллеги решили эту проблему, проследив изменения, происходящие в гетерохроматине во время прохождении клеточного цикла. Они обнаружили, что образование малых интерферирующих РНК происходит в тот краткий период времени, когда вся ДНК клетки реплицируется, то есть перед делением. Таким образом, гетерохроматин в клетке транскрибируется исключительно для образования малых интерферирующих РНК, которые впоследствии и подавляют его экспрессию.

Оригинальная статья: Kloc A., Zaratiegui M., Nora E., Martienssen R. RNA Interference Guides Histone Modification during the S Phase of Chromosomal Replication опубликована в апреле 2008 года Current Biology.

По материалам:
Cold Spring Harbor Laboratory