Рис. 16.1. Сделанный с помощью рисовального аппарата рисунок женской (слева) и мужской (справа) метафазнои пластинки Drosophila melanogaster
Обратите внимание на то. что Х-хромосома составляет - 20 % кариотипов (перепечатка, с любезного разрешения, из Morgan, 1932)
Следующая фаза в исследовании компенсации дозы началась с клонирования mle, за чем вскоре последовало клонирование трех генов msl в лабораториях Бейкера, Курода и Лучези (В. baker, М. Kuroda and J. Lucchesi). С помощью цитоиммунофлуоресценции обнаружили, что четыре генных продукта связаны идентичным образом в многочисленных сайтах по всей длине политенной Х-хромосомы самцов (Palmer et al., 1993; Bone et al., 1994; Gorman et al., 1995; Kelley et al., 1995; Gu et al., 1998; см. рис. в начале главы). Это наблюдение и взаимозависимость разных генных продуктов в связывании с Х-хромосомой заставляли предполагать, что они образуют комплекс (рис. 16.3).
2. Компенсация дозы связана с модификациями хроматина
Присутствие комплекса MSL на Х-хромосоме у самцов коррелирует с присутствием специфической изоформы гистона Н4, ацетилированной по лизину 16 ((Tumer et al., 1992; Bone et al., 1994). У дрожжей было показано, что эта конкретная ковалентная модификация гистона Н играет ключевую роль в поддержании границы между «молчащим» хроматином и активным хроматином: утрата функции Sas2, ацетилтрансферазы гистонов (HAT), отвечающей за H4K16ас, делает возможным распространение теломерного гетерохроматина в соседний субтеломерный хроматин (Suka et al., 2002; дополнительные детали см. в главе 4). Обнаружили, что у Drosophila Х-хромосома по своей длине сильно обогащена H4K16ас. Недавние структурные исследования показали, что ключевое межнуклеосомное взаимодействие может происходить между кислотным «пятном» (patch) гистонового димера H2A-H2B на одной нуклеосоме и положительно заряженным сегментом «хвоста» гистона Н4 (остатки 16–26), отходящего от соседней нуклеосомы (Schalch et al., 2005). Когда лизин 16 специфически ацетилирован, его положительный заряд становится нейтральным, позволяя предполагать, что ослабление репрессивной межнуклеосомной структуры могло бы играть ключевую роль в компенсации дозы.
Рис. 16.2. Схематическое изображение результатов, которые привели Г. Дж. Меллера к формулировке гипотезы о компенсации дозы
Мутантная аллель (wa) сцепленного с X гена white является гипоморфом и делает возможным лишь частичный синтез глазного пигмента; ее присутствие на Х-хромосомах показано более темным прямоугольником. Уровень пигментации прямо пропорционален дозе аллели wa у каждого пола; тем не менее, самцы с одной дозой и самки с двумя дозами имеют сравнимые количества пигмента благодаря компенсации дозы
Ни один из первоначально идентифицированных факторов, участвующих в компенсации дозы, не обнаруживал характерных признаков HAT. Поскольку все предшествовавшие поиски мутантов были сконцентрированы на скрининге главных аутосом, был проведен новый поиск сцепленных с X специфичных для самцов летальных мутаций, и был идентифицирован новый ген, males absent on the first (mof) (Hilfiker et al., 1997). Рекомбинантный белок, кодируемый mofi является HAT, специфически ацетилирующей гистон Н4 по лизину 16 (Akhtar and Becker, 2000); он является интегральной частью комплекса MSL и однозначно отвечает за эту изоформу Н4 на Х-хромосоме самцов (Smith et al., 2000). MOF является членом подсемейства в семействе HATs, обозначаемом как MYST. Это подсемейство, характеризующееся присутствием хромодомена, можно далее подразделить на ферменты, которые специфически аиетилируют H4K16 in vivo (MOF и MOF человека; Smith et al., 2005) и такие ферменты, как Esal (essential SAS-related acetyltransferase 1 protein) у дрожжей, которые ацетилируют все четыре терминальных лизина в Н4 (Smith et al., 1998). Еще один член семейства MYST, SAS2, специфически ацетилирует H4K16 у дрожжей, но не имеет хромодомена.
В то же самое время, когда был открыт и охарактеризован MOF, были установлены каталитические свойства MLE, другой субъединицы с предполагаемой ферментативной активностью. Оказалось, что MLE обнаруживает in vitro активности РНК/ДНК-геликазы, аденозинтрифосфатазы (АТФазы) и связывания с однонитевой HYR|ssDNA (Lee et al., 1997), предрекая потенциальную роль РНК в функции MSL. Некоторые мультибелковые комплексы, взаимодействующие с хроматином для контроля скорости транскрипции эухроматиновых генов, используют гидролиз АТФ для изменения нуклеосомной конформации. За гидролиз АТФ отвечает семейство белков, содержащих геликазный домен (Sif, 2004); хотя это семейство может и не выполнять ту же самую функцию в комплексе MSL, оно представлено MLE. Ортологи MLE, в число которых входит РНК-геликаза А человека (RHA), принадлежат к подсемейству РНК-геликаз DEXH и характеризуются приобретением новых доменов (Kuroda et al., 1991) и консервативного аминотерминального участка длиной ~350 аминокислот (Pannuti and Lucchesi, 2000). MLE может осуществлять свою функцию в компенсации дозы скорее путем изменения структуры РНК, а не помогая в ремоделинге хроматина.