Замещение дифференциально модифицированными димерами H3.3•Н4 позволяет предложить простую модель наследования активного хроматина у делящихся клеток (Henikoff and Ahmad, 2005). Активный хроматин оставался бы активным после разбавления обычными нуклеосомами после RC-сборки, если эта случайная смесь RI-отложенных и RC-отложенных нуклеосом не мешает таким активным процессам, как транскрипционная инициация и элонгация. Продолжение транскрипционной активности в результате восстанавливало бы хроматин в следующем клеточном цикле, приводя к постоянному поддержанию активного хроматина на протяжении всего развития. Возможность того, что вариант гистона постоянно поддерживается процессом RI-сборки, может относиться и к CenH3s, которые вставлялись бы в бреши, создаваемые «развертыванием» обычных нуклеосом в результате анафазного натяжения.
Когда клетки выходят из клеточного цикла и дифференцируются, они больше не продуцируют и не включают S-фазные гистоны, и в результате накапливается H3.3. Например, H3.3 накапливается в мозге крыс до уровня, составляющего 87 % от уровня гистона H3, ко времени достижения крысами 400-дневного возраста (Henikoff and Ahmad, 2005). Имеет ли это градуальное замещение хроматина какое-нибудь функциональное значение или не имеет — неизвестно. Неизвестно также, является ли активный процесс, делающий возможным замещение, тем же самым, что и процесс, наблюдаемый в транскрипционно активных локусах Одна из возможностей заключается в том, что разрушение хроматина проходящей РНК-полимеразой или машиной ремоделинга хроматина вызывает локальное развертывание нуклеосомы и случайную утрату димера H3.3•Н4 (рис. 13.7). Это сопровождалось бы воссозданием [reassembly] нуклеосомы вслед за полимеразой с замещением утраченного димера димером H3.3•Н4 с помощью комплекса HirA. Лишь тогда, когда полимеразы упакованы слишком плотно для осуществления сборки, нуклеосомы полностью развертываются [unravel].
7. Фосфорилирование Н2АХ функционирует в репарации двунитевых разрывов ДНК
Гистоны Н2А также образуют семейство разных вариантов, обнаруживаемых у всех эукариот. Вариант Н2АХ определяется по присутствию мотива карбокситерминальной аминокислотной последовательности, SQ(E или D)?, где ? означает гидрофобную аминокислоту. Серии в этой последовательности-мотиве является сайтом фосфорилирования, продуцируя модифицированный белок, обозначаемый «?-Н2АХ». Динамическая природа хроматина и фосфорилирование Н2АХ особенно очевидны, когда в ДНК возникают двунитевые (ds, double-stranded) разрывы (Morrison and Shen, 2005). Летальность даже одиночного двунитевого разрыва требует немедленных действий по репарации повреждения и восстановления непрерывности двойной спирали. Обнаружение ds-разрыва в норме происходит в пределах минуты или около того с момента его образования, и это, в свою очередь, включает быстрое фосфорилирование Н2АХ в непосредственной близости от сайта разрыва. Это фосфорилирование выполняется членами семейства фосфоинозитол 3-киназоподобных киназ. Вслед за этим первоначальным событием фосфорилирование Н2АХ быстро распространяется вдоль по хромосоме, маркируя относительно большой хроматиновый домен, окружающий этот разрыв. Наконец, этот ds-разрыв в конце концов репарируется либо путем гомологичной рекомбинации, либо негомологичным воссоединением концов [nonhomologous end-joining], и метка-фосфорилирование удаляется.
Рис. 13.7. Модель независимого от репликации замещения или обмена
Большая молекулярная машина (либо комплекс SWR1, либо РНК-полимераза II) частично или полностью расвертывает нуклеосому во время своего прохождения. Результатом этого оказывается либо сохранение гетеродимерных субъединиц, как, например, облегчаемый FACT перенос Н2А•Н2В из положения перед РНК-полимеразой в положение позади нее (Formosa et al. 2002; Belotserkovskaya et al. 2003), либо утрата гетеродимера. В последнем случае процесс репарации хроматина заменяет утраченный гетеродимер либо H2AZ•Н2В (верхняя часть рисунка), либо Н3.3•Н4 (нижняя часть рисунка)