5.4. Вздутие 10 у кукурузы — роль последовательностей, соответствующих гетерохроматиновым «вздутиям», в облегчении расхождения хромосом в мейозе I
Еще один пример гетерохроматиновых элементов, ассоциированных с мейотическим драйвом, наблюдается у растений, содержащих хромосомы с гетерохроматиновыми вставками, известными как «вздутия» (knobs), или «псевдокинетохоры»; они благоприятствуют передаче хромосомы, несущей такое вздутие, в женском мейозе. Молекулярная организация вздутий охватывает два набора тандемных повторов, каждый из которых, по-видимому, представлен в виде длинной непрерывной последовательности (Dawe and Hiatt, 2004). Функционирование гетерохроматиновых вздутий как псевдокинетохоров зависит от варианта хромосомы 10, известного как аномальная хромосома 10 (Ab10). Когда Ab10 присутствует, вздутия формируют псевдокинетохоры, которые движутся к полюсам веретена мейоза I впереди эндогенных центромер, и скорость этого движения пропорциональна величине вздутия. Однако вздутия проявляют псевдокинетохорную активность только тогда, когда они находятся в cis-конфигурации с эндогенной центромерой; они также обнаруживают только латеральные ассоциации с микротрубочками в отличие от ассоциаций «в торец», демонстрируемых полностью функциональными эндогенными кинетохорами Таким образом, несмотря на терминологическую путаницу, вздутия не являются «неоцентромерами» (см. раздел 3.3), поскольку они не способны стимулировать нормальное расхождение сами по себе, не рекрутируют белки и не обнаруживают функций, связанных с эндогенными центромерами и кинетохорами.
В терминах мейотического драйва обмены в мейоцитах, гетерозиготные по данному вздутию, приводят к формированию кроссоверного продукта, несущего это вздутие только на одной из двух его хроматид (Rhoades and Dempsey, 1966). Псевдокинетохорное поведение этого вздутия направляет несущую вздутие хроматиду в один из четырех продуктов мейоза, известный как базальная мегаспора, который является одним из двух «внешних» ядер (из четырех мейотических продуктов) и который только один и имеется для оплодотворения (Rhoades and
Dempsey, 1966; Yu et al., 1997). Таким образом, причина мейотического драйва в этой системе — опосредованное гетерохроматином направленное расхождение в функциональную гамету одной хроматиды за счет ее сестры. Каким образом эпигенетические механизмы регулируют поведение вздутий и псевдокинетохорную активность, в настоящее время неизвестно.
6. Сайленсинг генов неспаренными ДНК в мейозе
Имеются многочисленные примеры случаев, в которых отсутствие мейотического спаривания приводит к эпигенетическому сайленсингу неспаренной ДНК. В случае Neurospora этот сайленсинг обычно ограничен неспаренными участками.
6.1. Мейотический сайленсинг неспаренной ДНК в мейозе у Neurospora
Необычный пример сайленсинга генов в ходе мейоза, который называют мейотическим сайленсингом, вызываемым неспаренной ДНК (MSUD, meiotic silencing by unpaired DNA), был описан у Neurospora crassa (обзор см. Hynes and Todd, 2003). Этот процесс позволяет неспаренной копии данного гена сайленсировать и себя, и любые другие спаренные копии этого гена (рис. 14.11). Этот процесс был выявлен с помощью характеристики гетерозиготных делеций в гене ascospore maturation 1 (asm-1). Однако, чтобы инициировать сайленсинг, неспаренная последовательность должна быть достаточного размера и обладать гомологией с продуктом (иРНК) этого гена (Lee et al., 2004). Такие последовательности, однако, не должны содержать соответствующий промоторный элемент для рассматриваемого гена. Сайленсинг ограничен геном, определяемым неспаренной последовательностью, и не распространяется на соседние, спаренные гены (Kutil et al., 2003). Мутации в гене sad-1, который кодирует белок, обладающий существенной гомологией с РНК-зависимыми РНК-полимеразами (RdRP), участвующими в путях RNA1, блокируют процесс MSUD (Shiu and Metzenberg, 2002), что позволяет предположить, что «для MSUD необходимы синтез двунитевой РНК и, вероятно, амплификация РНК» (Hynes and Todd, 2003). Хотя примеры MSUD наблюдались для генов, которые в норме экспрессируются в мейозе, MSUD не был выявлен для генов, экспрессирующихся только в вегетативных клетках, что является дополнительным доводом в пользу участия RNAi (Hynes and Todd, 2003). Дальнейшая поддержка этой идеи вытекает из наблюдений, согласно которым для MSUD необходим белок, подобный Argonaute и Dicer (Leeetal., 2003).