Механизм «заключения» геномных паразитов

Исследователи из GMI (Институт молекулярной биологии растений Грегора Менделя Австрийской академии наук) раскрыли изящный механизм, с помощью которого Arabidopsis защищает целостность своего генома. Работа опубликована в журнале Nature Cell Biology.

Паразиты генома

Хотя «прыгающие» транспозоны способствуют геномному разнообразию в эволюционном масштабе, их влияние на отдельный организм в основном губительно. В модельном растении Arabidopsis потеря функции одного-единственного продукта гена Decreased DNA Methylation I (DDM1), идентифицированного 30 лет назад, приводит к масштабным и неконтролируемым событиям транспозиции. DDM1 — это ремоделер хроматина, который помогает упаковывать ДНК в плотную структуру для сайленсинга транспозонов (TEs), но механизм его работы оставался неизвестным.

Захвачены до прыжка

Команда под руководством Фредерика Бергера показала, что DDM1 нацеливается на транспозоны, связываясь с H2A.W — вариантом гистона H2A, одного из строительных блоков, которые покрывают ДНК, формируя конденсированный и плотно упакованный гетерохроматин. Ученые продемонстрировали, что депозиция H2A.W с помощью DDM1 на участках ДНК, богатых транспозонами, не только необходима, но и достаточна для ремоделинга хроматина и сайленсинга TEs. Этот механизм доминирует над другими известными механизмами подавления транспозонов в Arabidopsis, и его эффект специфичен для «прыгающих» генов с интактным транспозиционным потенциалом.

«Транспозоны интегрированы в геном и, таким образом, делят хроматин с хозяином. Их можно рассматривать как врагов, прячущихся в домах. Что отличает эти дома от тех, что содержат белок-кодирующие гены? Материал, используемый для постройки этих домов, другой: он заключает транспозоны так, что они не могут выйти и размножиться», — говорит Фредерик Бергер.

Отправлены в ад и упакованы DHL

Ассоциация с адом происходит от «Hells» — названия человеческого ортолога Arabidopsis DDM1. Исследователи предлагают новый класс ремоделеров хроматина, объединяющий DDM1 и Hells вместе с их мышиным ортологом Lsh, который они называют «DHL». Ремоделеры DHL демонстрируют консервативные сайты связывания для вариантов гистонов. Все три ремоделера ассоциированы с геномной нестабильностью и болезнями в соответствующих организмах в случае потери их функции из-за мутаций.

Ремоделеры DHL контролируют динамику транспозонов

DDM1 является ключевым фактором в «камуфлировании» транспозонов от транскрипционного аппарата с использованием специальных строительных блоков, которые предотвращают их распознавание.

«Ортологи DDM1 у млекопитающих депонируют ортолог варианта H2A.W — макроH2A, который вовлечен в различные человеческие синдромы и рак. Лучшее понимание механизма действия этого класса гистон-связывающих белков продвинет наше понимание динамики генома с последствиями для медицины и эволюции», — заявляет Фредерик Бергер.

Фредерик Бергер, получивший грант «1000 Ideen» от Австрийского научного фонда (FWF) для высокорисковых исследований, уже изучает возникающие свойства этих вариантов гистонов и ремоделеров хроматина, а также конструирует новые пути сайленсинга в дрожжах на основе Arabidopsis H2A.W и DDM1.