2.2. Белки trxG, ковалентно модифицирующие нуклеосомные гистоны
Второй распространенный способ регулирования экспрессии генов включает ковалентную модификацию аминотерминальных «хвостов» коровых гистонов, составляющих белковый компонент нуклеосомы. Эти «хвосты», выступающие с поверхности нуклеосомы, могут опосредовать взаимодействия с другими нуклеосомами, а также с весьма разнообразными структурными и регуляторными белками. Ковалентная модификация гистоновых «хвостов» с помощью ацетилирования, метилирования или фосфорилирования может помогать «нацеливать» регуляторные комплексы на хроматин и может также непосредственно изменять способность нуклеосом компактизироваться в репрессивные структуры путем изменения заряда на этих «хвостах». Ковалентная модификация могла бы также обеспечивать метку, чтобы способствовать поддержанию специфического регулируемого состояния (поскольку ковалентно модифицированные гистоны обладают возможностью разделяться на две дочерние нити и тем самым воспроизводят информацию, содержащуюся в ковалентной метке) и передавать ее как материнской, так и дочерним клеткам после репликации. Остаются ли гистоны связанными с одной или с обеими дочерними нитями после репликации — это ключевой вопрос для потенциальных механизмов эпигенетического регулирования; вопрос этот остается спорным, по большей части в связи с поиском методов, которые позволили бы точно прослеживать индивидуальные гистоны в живых клетках.
Несколько белков trxG способны ковалентно модифицировать «хвосты» гистонов, и эти белки часто обнаруживаются в комплексах, способных осуществлять более чем один тип реакций модификации. Например, TRX Drosophila и его аналоги у других организмов метилируют гистон H3 по лизину 4 (H3K4): эта ковалентная метка прочно ассоциирована с активными генами у самых разных организмов, в том числе у дрожжей, мух и человека. Второй белок trxG, ASH1 (см. ниже), также обладает H3K4-метилтрансферазной активностью (Beisel et al., 2002; Byrd and Sheam, 2003). Подразумевалось, что H3K4-метилирование связано с поддержанием активной экспрессии генов у дрожжей, исходя из времени его появления и исчезновения на активных генах (Santos-Rosa et al., 2002; Pokholok et al., 2005). Тот факт, что члены trxG обладают этой модификационной (в отношении гистонов) активностью, еще больше связывает метку H3K4 с поддержанием активного состояния.
У дрожжей и у человека аналоги TRX обнаруживаются в комплексе, который содержит также третий белок группы trxG, Ash2, по последовательности не родственный Ash1 Дрожжевой гомолог trithorax, Setl, обнаруживается в комплексе (COMPASS или Set 1C), который имеет величину приблизительно 400 кДа и содержит пять других белков кроме Setl и Ash2 (Miller et al., 2001; Roguev et al., 2001). Единственной известной биохимической активностью этого комплекса является метилирование H3K4; пока еще не ясно, какова могла бы быть функция каждого из других белков, хотя один компонент мог бы способствовать воспроизведению метальной метки (см. ниже).
У человека имеются три гомолога TRX, называемые MLL1, MLL2 и hSETl. Белок MLL1 привлек наибольшее внимание в биохимических анализах и обнаруживается в большом комплексе (>10 членов), который содержит также человеческий гомолог ASH2 (Hughes et al., 2004; Yokoyama et al., 2004). Этот комплекс и дрожжевой комплекс оба содержат повторяющийся белок [repeat protein] WD40, который у человека называется WDR5 (Dou et al., 2005; Wysocka et al., 2005). Недавно было показано, что белок WDR5 может связываться с гистоном H3, который был метилирован по лизину 4 (Wysocka et al., 2005). Таким образом, связывание этого белка с меткой, созданной комплексом MLL1, в котором он находится, могло бы дать механизм для облегчения распространения этой метки. Это сходно с предположениями, сделанными относительно репрессивных комплексов, метилирующих H3K9, которые содержат НР1, белок, специфически связывающийся с метилированным К9 (дополнительные детали см. в главах 5 и 6).