Volpe T.A., Kidner C., Hall I.M., Teng G., Grewal S.L, and Martienssen R.A. 2002. Regulation of heterochromatic silencing and histone H3 lysine-9 methylation by RNAi. Science 297: 1833-1837.
WattersM.K.. RandallT.A., Margolin B.S., Selker E.U., and Stadler D.R. 1999. Action of repeat-induced point mutation on both strands of a duplex and on tandem duplications of various sizes in Neurospora. Genetics 153: 705-714.
Wilkinson C.R., Bartlett R., Nurse P., and Bird A.P. 1995. The fission yeast gene pmtl+ encodes a DNA methyltransferase homologue. Nucleic Acids Res. 23: 203-210.
Yamada T., Fischle W., SugiyamaT, Allis C.D., and Grewal S.L 2005. The nucleation and maintenance of heterochromatin by a histone deacetylase in fission yeast. Mol. Cell 20: 173-185.
Глава 7. Эпигенетика инфузорий
Eric Meyer1 и Douglas L. Chalker2
1Laboratoire de Cenetique Moleculaire, CNRS UMR 8541 Ecole Normale Superieure, 75005 Paris, France
2Department of Biology, Washington University, St. Louis, Missouri 63130
Общее резюме
Наверняка любой наблюдавший инфузорий под микроскопом был поражен этими сложными маленькими животными, использующих свои волосковидные реснички для плавания, питания и поисков партнера. Вегетативно растущие клетки удваиваются путем простого бинарного деления; тем не менее, периодически инфузории спариваются с партнерами или, у некоторых видов, претерпевают самооплодотворение, в результате чего получается половое потомство с иным генотипом. Уникальной отличительной чертой этих одноклеточных эукариот является то, что они поддерживают в общей цитоплазме два функционально различающихся генома, содержащихся в отдельных ядрах. Меньшее из них, микронуклеус, содержит геном зародышевой линии. Он транскрипционно «молчит» в ходе роста, но сохраняет генетическую информацию, которая передается потомству в каждом половом поколении. Более крупное ядро, макронуклеус, осуществляет соматические функции, поскольку отвечает за всю экспрессию генов и таким образом управляет фенотипом клетки. Он элиминируется в конце каждого вегетативного цикла, когда из зародышевой линии дифференцируется новый макронуклеус. Во время развития макронуклеуса в результате массивных перестроек ДНК создается отредактированная версия генома, готовая для экспрессии. Часть генома зародышевой линии, включая всю повторяющуюся ДНК, долгое время считавшуюся «мусорной», элиминируется, тогда как все гены, необходимые для выживания организма в жизненном цикле, амплифицируются до высокого уровня плоидности.
Генетические странности инфузорий сделали их очень полезными модельными организмами для обнаружения и понимания эпигенетических механизмов. У некоторых видов два потомка-сибса, развивающиеся после спаривания, начинают свою жизнь с идентичными геномами, но их соматические ядра дифференцируются в контексте двух разных родительских клеток. Это позволяет легко выявлять наследственные признаки, которые не детерминируются исключительно ядерным геномом. Генетические эксперименты, проведенные с Paramecium tetraurelia, прежде всего эксперименты, проведенные Треси Соннеборном, дали одно из самых ранних описаний неменделевского наследования у эукариот вообще. Среди случаев, в которых генетически идентичные сибсы экспрессировали разные варианты специфических признаков, некоторые были истинными примерами цитоплазматической наследственности (материнского наследования ДНК органелл), но другие. такие как наследование типов спаривания особи, были случаями иного рода. Тип спаривания потомка не определялся его генотипом; скорее, он специфицировался предсуществующим типом родительской клетки, в которой развивался его соматический геном. Выражаясь простыми терминами, можно сказать, что разные внешние условия (родительская цитоплазма) направляют экспрессию альтернативных признаков, исходя из идентичных наборов ДНК. А это является отличительной чертой эпигенетики.
Особая генетическая организация инфузорий предполагает также наличие механизмов, дифференциально регулирующих гомологичные последовательности, содержащиеся в разных ядрах. Ранние исследования имели целью выяснить способы, которыми зародышевая линия поддерживалась «молчащей», а соматический геном — транскрипционно активным. Компартментализация состояний генной экспрессии дала исследователям возможность изучать роль белков хроматина и их модификаций в эпигенетической регуляции. Они могли легко соотносить специфические гистоны и их модификации с транскрипционной активностью или стадией клеточного цикла. Например, в результате сравнения белков хроматина из ядер зародышевой линии и соматических ядер Tetrahymena thermophila были идентифицированы некоторые из первых вариантов гистонов. Далее у этой инфузории были идентифицированы такие новые регуляторы хроматина, как первая апетилтрансфераза гистонов (HAT) — отчасти за счет использования того факта, что только макронуклеус содержит ацетилированные гистоны.