Молекулярное выделение генов PcG Drosophila сделало возможным изучение функции ортологов позвоночных у мышей, где они также оказались ключевыми регуляторами экспрессии генов НОХ (van der Lugt et al., 1994; Core et al., 1997). У млекопитающих мутации в генах PcG приводят к гомеотическим трансформациям позвонков (Рис. 11.2д, е). Кроме того, гены PcG играют ключевую роль в контроле клеточной пролиферации, поддержания стволовых клеток и рака (см. разделы 4.2 и 4.3 далее в этой главе). Замечательный консерватизм генов PcG у мух и млекопитающих облегчил биохимический анализ и привел к идентификации некоторых новых членов комплексов PcG, например белка RING 1 (Satijn and Otte, 1999). Направленная [targeted] мутация RING1 у мыши, например, привела к классической гомеотической трансформации фенотипа. Лишь впоследствии было обнаружено, что она соответствует гену Sex combs extra из группы PcG у Drosophila.
У двух других модельных организмов, а именно у червя Caenorhabditis elegans и цветкового растения Arabidopsis thaliana, молекулярная характеристика мутантов, изолированных в ходе разных генетических скринингов, выявила существование других ортологов белков PcG. У С. elegans члены группы PcG были идентифицированы в ходе скрининга на мутантов maternal effect sterile (mes), и было показано, что они участвуют в сайленсинге Х-хромосомы в зародышевой линии гермафродитов (Fong et al., 2002; глава 15).
У Arabidopsis гены PcG были идентифицированы в результате нескольких генетических скринингов при исследовании различных процессов развития (Hsieh et al/, 2003). Первый ген PcG у растений, CURLY LEAF (CLF), был идентифицирован как мутант с гомеотическими трансформациями органов цветка (рис. 11.2ж, з) (Goodrich et al., 1997). Мутации в генах класса FERTILIZATION-INDEPENDENT SEED (FIS) были обнаружены в ходе скрининга на мутанты, обнаруживающие материнский эффект—недоразвитие семян (Grossniklaus et al., 1998) или допускающие некоторое развитие семян в отсутствие оплодотворения (Luo et al., 1999; Ohad et al., 1999). Наконец, гены PcG были идентифицированы в результате скрининга на мутанты по срокам цветения, например мутанты, зацветающие сразу после прорастания (Yoshida et al., 2001) или с нарушенной реакцией на яровизацию — процесс, делающий растения компетентными к цветению после продолжительного воздействия холодом (Gendall et al., 2001).
Разнообразие процессов, регулируемых белками PcG, иллюстрирует значение поддержания репрессированного состояния ключевых регуляторов развития у различных организмов. С одной стороны, имеет место удивительный консерватизм некоторых биологических функций от растений до млекопитающих, например, регуляции таких ключевых регуляторов развития, как гомеотические гены, или участия в жесткой регуляции клеточной пролиферации. С другой стороны, комплексы PcG оказываются гибкими и динамичными молекулярными модулями, которые используются для контроля большой группы клеточных процессов и процессов развития.
2. Установка меток сайленсинга на хроматин
Белки PcG распадаются на два биохимически охарактеризованных класса, образующих репрессивные комплексы Polycomb 1 и 2 (PRC1 и PRC2). Эти два комплекса необходимы для последовательных шагов в репрессии генной экспрессии. Сначала PRC2 обладает модифицирующей гистоны активностью и метилирует H3K27 и (или) H3K9 в генах, являющихся «мишенями» для сайленсинга. Компоненты PRC1 могут затем узнавать такие модификации, связываться с ними и индуцировать соответствующие структурные изменения в хроматине. В то время как белки PRC2 имеются у всех многоклеточных модельных видов, компоненты PRC1 не были идентифицированы у С. elegans и Arabidopsis.
2.1. Компоненты PRC2 и его эволюционный консерватизм
Несколько вариантов PRC2 были выделены из эмбрионов Drosophila, но все эти комплексы содержали четыре коровых белка (Levine et al., 2004): SET-гистонметилтрансфераза Enhancer of Zeste (E(Z)), WD-40-белок ESC, связывающийся с гистонами белок р55 и SupressorofZestel2 (Su(Z)12) (табл. 11.1 ирис. 11.3). Исходя из такого состава, PRC2 первоначально называли комплексом E(Z)-ESC. В этом разделе освещаются молекулярные и биохимические детали того, что известно о разных компонентах PRC2, идентифицированных до сегодняшнего дня у различных модельных организмов.