Рис. 3.17. Индукция репрессированных состояний хроматина, направляемая РНК
Разные формы «молчащего» хроматина имеют различные первичные сигналы, но многие из них, вероятно, связаны с РНК-транскриптами (от аберрантных транскриптов к Xist-PHK и, далее, к dsRNAs), в зависимости от природы соответствующей нуклеотидной последовательности ДНК. Это включает установление набора изменений хроматина, в том числе комбинации модификаций гистонов (метилирование H3К9, H3К27 и H4K20), связывание репрессивных белков или комплексов (например, РС или НР1) с хроматином, метилирование ДНК и присутствие вариантов гистонов (например, макроH2A на неактивной Х-хромосоме) Факультативный или конститутивный гетерохроматины образуют видимые кластеры в ядре Эухроматиновую репрессию по картинам ядерной морфологии определить нельзя
Общая парадигма компенсации дозы — классического эпигенетически контролируемого процесса — была также исследована у других модельных организмов, в особенности у С. elegans (Meyer et al., 2004; глава 15) и Drosophila (Gilflllan et al., 2004; глава 16). Пока что неясно, происходит ли компенсация дозы у птиц, несмотря на тот факт, что они являются гетеросаметными организмами. У Drosophila компенсация дозы между полами происходит не за счет инактивации Х-хромосомы у самки, а путем двукратного усиления [up-regulation] работы единственной Х-хромосомы самца. Любопытно, что существенными компонентами являются, как известно, две некодирующие РНК, roX1 и rоХ2, и их экспрессия специфична для самцов. Хотя и существуют, вероятно, аналогичные механистические различия в каких-то деталях между мухами и млекопитающими, ясно, что активирование ремоделинга хроматина и модификаций гистонов, в особенности зависящее от MOF ацетилирование H4K16 на Х-хромосоме самца, играет ключевую роль в компенсации дозы у Drosophila. Каким именно образом энзимы, модифицирующие гистоны, такие как MOF-ацетилтрансфераза гистонов, «нацеливаются» на Х-хромосому самца, остается предметом будущих исследований. Более того, полагают, что такие зависящие от АТФ энзимы ремоделинга хроматина, как фактор ремоделинга нуклеосом (NURF, nucleosome-remodeling factor), являются антагонистами активностей комплекса компенсации дозы (DCC, dosage compensation complex).
В совокупности в этом разделе и в разделах 10 и 11 дано описание механизмов для модификаций хроматина, направляемых РНК, в том виде, как это происходит с конститутивным гетерохроматином, хромосомой Xi и, возможно, также и сайленсингом генов, опосредованным PcG. Исходя из этих любопытных параллелей, можно постулировать, что часть РНК или неспаренных ДНК могли бы обеспечить привлекательный первичный триггер для стабилизации комплексов PcG в PREs или «компрометированной» промоторной функции, где они могли бы «чувствовать» качество транскрипционного процессинга. Аберрантная или блокированная элонгация и (или) ошибки в сплайсинге могли бы стимулировать взаимодействие между PcG, связанным с PRE, и промотором, приводя к выключению транскрипции. Таким образом, инициация PcG-сайленсинга индуцировалась бы переходом от продуктивной транскрипции к непродуктивной. Сейчас только лишь начинает проясняться, в какой мере комплексы trxG могут использовать контроль качества РНК и (или) процессинг первичных РНК-транскриптов как часть поддержания «включенных» транскрипционных состояний (Sanchez-Elsner et al., 2006).
14. Репрограммирование клеточной судьбы
Вопрос о том, каким образом можно изменить или ревертировать судьбу клетки, давно интересовал ученых. Зардышевая клетка и ранние эмбриональные клетки отличаются от других клеточных компартментов как «конечные» [«ultimate»] стволовые клетки свойственной им тотипотентностью. Хотя спецификация клеточной судьбы у млекопитающих допускает около 200 разных клеточных типов, в принципе существуют два главных дифференцировочных перехода: от стволовой (тотипотентной) клетки к полностью дифференцированной клетке и между покоящейся (quiescent, или G0) и пролиферирующей клеткой. Эти типы представляют собой крайние конечные точки среди множества промежуточных состояний, согласующихся с множеством различных компоновок эпигенома в развитии млекопитающих. В ходе эмбриогенеза динамическое увеличение эпигенетических модификаций проявляется в переходе от оплодотворенного ооцита к стадии бластоцисты и затем в имплантации, гаструляции, развитии органов и росте плода. Большинство этих модификаций или импринтов может быть стерто путем переноса ядра дифференцированной клетки в цитоплазму денуклеированного ооцита. Однако некоторые метки могут сохраняться, ограничивая тем самым нормальное развитие клонированных эмбрионов, а некоторые из них могут даже наследоваться как модификации зародышевого пути (g-mod) (рис. 3.18), которые у млекопитающих, вероятно, включают метилирование ДНК.