Основная функция гетерохроматина — подавление «прыгающих генов»

Исследователи из UNC School of Medicine обнаружили, что ключевая функция гетерохроматина — плотной упаковки ДНК в хромосомах — заключается в подавлении активности вирусоподобных элементов, известных как транспозоны или «прыгающие гены». Без этого подавления транспозоны могут копироваться и вставляться в разные участки генома, разрушая важные гены и вызывая рак и другие заболевания.

Открытие, опубликованное в Genes & Development, уточняет роль этого базового клеточного механизма и углубляет понимание этапов формирования гетерохроматина. Нарушение этих этапов связано с множеством заболеваний, включая рак.

Ключевой эксперимент на плодовых мушках

• Стандартная модель предполагает, что гетерохроматин формируется при метилировании белка гистона H3 в определённом сайте.
• Проверить это на мышах или людях сложно из-за наличия нескольких кластеров генов гистонов.
• Исследователи использовали платформу для генетики Drosophila, чтобы заменить все гены гистона H3 на мутантные версии, которые не могут быть метилированы в ключевом сайте.

Неожиданные результаты

• Мутантные мушки не погибли полностью — выжило около 2%.
• У выживших мушек наблюдалось резкое снижение признаков гетерохроматина в хромосомах.
• Вопреки ожиданиям, экспрессия генов у мутантов почти не изменилась, даже в областях с расслабленной упаковкой ДНК.
• Главным изменением стал резкий рост активности транспозонов в областях, которые в норме были гетерохроматиновыми. Также активировался ключевой защитный механизм — повысился уровень piRNA-транскриптов, которые блокируют активность транспозонов.

Вывод и значение

«Похоже, что основная роль метилирования гистона H3, запускающего этот тип гетерохроматина, — не дать транспозонам прыгать по геному и разрушать его», — сказал Роберт Дуронио, старший автор исследования.

Учёные предполагают, что высокая смертность мутантных мушек (98%) связана с разрушительным действием активированных транспозонов. Поскольку гены гистонов человека и Drosophila очень похожи, мушка служит хорошей моделью для изучения их функций.

Это исследование помогает понять, как геном защищается от транспозонов, чья активность связана с возникновением рака (например, при повреждении генов-супрессоров опухолей) и других заболеваний, таких как гемофилия.