Как ферментный комплекс DCC распознаёт X-хромосому

В клетках самцов плодовой мушки Drosophila активность X-хромосомы вдвое выше, чем в клетках самок. Исследователи из Мюнхенского университета имени Людвига и Максимилиана (LMU) обнаружили, как ответственный за это фермент распознаёт нужную хромосому.

У многих видов, включая человека и модельный организм Drosophila melanogaster, половые хромосомы распределены неравномерно: в мужских клетках присутствует только одна X-хромосома, в отличие от женских, где их две. Самцы дрозофилы компенсируют этот недостаток, удваивая активность своей единственной X-хромосомы. Этот жизненно важный процесс контролируется ферментным комплексом DCC (dosage compensation complex).

Долгое время оставалось неясным, как этот регулятор отличает X-хромосому от всех остальных. Команда биолога LMU профессора Петера Бекера сообщила о важном концептуальном и методологическом прорыве. Исследователи показали, что ключевую роль в процессе играют тонкие детали формы ДНК. Кроме того, они идентифицировали часть ферментного комплекса, которая связывается с X-хромосомой.

Новая стратегия анализа

На сегодня известно около 300 сайтов связывания комплекса DCC с X-хромосомой. Проблема в том, что консенсусная последовательность, надёжно идентифицируемая на большинстве этих сайтов, присутствует также тысячи раз на всех других хромосомах. Это не позволяло предсказать, является ли конкретная последовательность ДНК функциональным сайтом связывания DCC.

Новая стратегия, которую Бекер описывает как «полногеномный биохимический анализ», позволила продвинуться вперёд. Исследователи смогли показать, что для надёжного связывания с консенсусной последовательностью достаточно одного конкретного компонента регулятора DCC — белка MSL2. Более того, белок MSL2 обладает двумя ДНК-связывающими доменами, один из которых связывается с последовательностью, расширяющей ранее известный консенсус.

Эти новые сайты связывания были названы «PionX», поскольку они представляют собой первые точки контакта DCC с X-хромосомой. Однако в геноме мушки существует около 2700 последовательностей, сильно напоминающих сигнатуру PionX, из которых только 57 функционируют как подлинные сайты связывания MSL2.

Роль формы ДНК

Решающий прорыв был достигнут биоинформатиками, которые рассчитали, как последовательность пар оснований влияет на сложную структуру ДНК, известную как «форма ДНК». Исследователи выявили особую форму, характерную для последовательностей PionX, которую предпочтительно распознаёт белок MSL2.

Именно эта структура имеет решающее значение: она отличает сайты связывания на X-хромосоме от всех остальных, обеспечивая селективное взаимодействие и регуляцию комплексом компенсации дозы.

Работа значительно продвинула понимание регуляции на уровне всей хромосомы в процессе компенсации дозы X-хромосомы. Однако текущий прогресс объясняет лишь часть распознавания X-хромосомы in vivo, и способность отличать правильные сайты связывания DCC от «ложноположительных» и «ложноотрицательных», идентифицированных алгоритмом, ещё предстоит улучшить. В будущем исследователи намерены усовершенствовать стратегию полногеномного биохимического анализа, чтобы лучше понять механизм распознавания X-хромосомы комплексом DCC.

Результаты исследования опубликованы в престижном журнале Nature.