Детализация формирования гетерохроматина в начале жизни

Группа Антуана Петерса из Института биомедицинских исследований Фридриха Мишера (FMI) выяснила механизмы, контролирующие упаковку хроматина в раннем эмбрионе. Они идентифицировали два молекулярных пути, которые направляют формирование гетерохроматина вокруг центромер способом, зависящим от родительского происхождения ДНК.

ДНК плотно обернута вокруг ядерных белков, чтобы поместиться в ядро. Этот комплекс ДНК и белков, известный как хроматин, в конечном итоге формирует хромосомы. Помимо решения проблемы упаковки, хроматин существенно влияет на транскрипцию генов: чем плотнее ДНК намотана на белки, тем она менее доступна и тем меньше транскрипции происходит. Понимание процессов, контролирующих компактизацию ДНК, необходимо для лучшего понимания регуляции генов и клеточной судьбы, особенно в развивающемся эмбрионе, где ключевые решения о судьбе клеток принимаются с первого дня.

Исследователи изучают механизмы регуляции формирования хроматина в раннем эмбрионе, уделяя особое внимание формированию и транскрипционной регуляции плотных гетерохроматиновых регионов, фланкирующих центромеры. Несколько лет назад группа Петерса с удивлением обнаружила, что в зависимости от того, унаследована ли ДНК от отца или матери, в формировании гетерохроматина в этих областях участвуют разные белки.

В статье, опубликованной в Molecular Cell, они сообщают об идентификации регуляторных факторов и механизмов, контролирующих формирование гетерохроматина в материнском и отцовском геномах. Ключевую роль играет репрессивный комплекс поликомб 1 (PRC1), который локализуется в отцовском гетерохроматине и репрессирует там транскрипцию. Ученые выяснили, что PRC1 нацеливается на отцовский геном и исключается из материнского с помощью механизма, который зависит от двух хромодоменных белков — Cbx2 и Hp1β — а также от родитель-специфических модификаций гистонов.

«PRC1 направляется в отцовский гетерохроматин хромодоменом и соседним AT-хуком белка Cbx2, которые распознают определенный тип метилированных гистонов и богатые AT последовательности ДНК соответственно. В материнском случае, с другой стороны, перицентромерные регионы помечены другим репрессивным метилированием гистонов, которое привлекает Hp1β; это, в свою очередь, предотвращает ассоциацию PRC1 с геномом», — объясняет Петерс.

Эти находки примечательны, поскольку отражают различия в подготовке хроматина к оплодотворению во время мужского и женского гаметогенеза. При развитии мужской гаметы упаковка ДНК существенно изменяется, чтобы весь геном поместился в крошечной головке сперматозоида. После оплодотворения упаковка отцовской ДНК перепрограммируется в серии шагов к канонической форме, присутствующей в ооцитах и соматических типах клеток. По мере роста эмбриона различия между материнским и отцовским хроматином исчезают.

«Нас интригует замечательное разнообразие в формировании гетерохроматина в начале жизни. Наше текущее исследование сосредоточено на том, как описанные механизмы могут способствовать регуляции генов во время раннего эмбриогенеза», — комментирует Петерс.