Как эпигенетические переключатели контролируют экспрессию генов
Ученые из Токийского технологического института разработали математическую модель, позволяющую количественно оценить влияние специфических эпигенетических изменений на скорость транскрипции. С помощью этого метода им удалось in vitro получить реконституированный хроматин с заданными модификациями гистонов. Исследование, опубликованное в Nucleic Acids Research, предлагает точный количественный подход для понимания того, как сайт-специфичные изменения гистоновых белков влияют на доступность хроматина и уровни экспрессии генов.
Эпигенетические модификации, такие как ацетилирование гистонов, играют ключевую роль в регуляции экспрессии генов, влияя на степень конденсации хроматина — структуры, где ДНК обернута вокруг гистоновых белков, образуя нуклеосомы. Однако до сих пор оставалось неясным, как количественно оценить эти эффекты.
Чтобы ответить на этот вопрос, группа исследователей под руководством профессора Масахиро Такиноуэ создала кинетическую модель для количественной оценки вклада эпигенетических изменений в скорость транскрипции. Для этого они использовали метод генетического расширения кода и бесклеточный синтез белка, чтобы синтезировать гистон H4 с заданным сайт-специфичным ацетилированием и реконституировать тетра-ацетилированный нуклеосом.
Модификации гистонов влияют на различные стадии транскрипции на уровне хроматина:
- Доступность хроматина — раскрытие плотно упакованной структуры.
- Формирование транскрипционно-компетентного хроматина — подготовка к связыванию транскрипционного комплекса.
- Подготовка к транскрипции — сборка вспомогательных белков.
- Собственно транскрипция — синтез РНК.
Исследователи создали реконституированный нуклеосом, несущий последовательность РНК от Xenopus с ацетилированием в специфических сайтах гистонов. Для детекции минимальных концентраций транскриптов в реальном времени была разработана высокочувствительная флуоресцентная система.
Применение кинетической модели показало, что ацетилирование в четырех специфических сайтах гистона увеличивает доступность хроматина в три раза по сравнению с хроматином без ацетилирования.
Разработанная модель универсальна и может быть использована для количественной оценки других эпигенетических модификаций.