Модификации гистонов контролируют доступность ДНК

Учёные из группы Дирка Шюбелера из Института биомедицинских исследований Фридриха Мишера представили в Nature Structural & Molecular Biology полногеномный обзор модификаций гистонов и их влияния на доступность ДНК. Их результаты расширяют устоявшееся разделение хроматина на эухроматин и гетерохроматин до более сложной картины и связывают её с модификациями гистонов.

Для таких процессов, как транскрипция, репликация и репарация, ДНК должна быть доступной. Однако, чтобы поместиться в крошечное клеточное ядро, она требует определённой степени компактизации. Клетки достигают этого с помощью гистонов, которые действуют как катушки, вокруг которых наматывается ДНК — иногда плотнее, иногда свободнее. Учёные давно предполагали, что регуляторные механизмы с участием гистонов контролируют доступ к ДНК. Добавление различного числа метильных и ацетильных остатков к гистонам, как считалось, регулирует не только структуру высшего порядка генетического материала, но и рекрутинг белков к ДНК. Но влияют ли эти модификации и на доступность самой ДНК?

Группе Дирка Шюбелера впервые удалось показать чёткую связь между доступностью ДНК и модификациями гистонов у плодовой мушки Drosophila melanogaster.

Используя модифицированный анализ доступности для ДНК-метилтрансферазы, они смогли различить разные уровни структуры хроматина, связанные с различными паттернами модификаций гистонов.

Доступная ДНК богата метилированным гистоном H3 (H3K4me) и гиперацетилированным гистоном H4 (H4K16ac). Эти гистоны локализуются в богатых генами областях, активных промоторах и точках начала репликации, где ДНК максимально открыта.

Трудно доступная ДНК наблюдается там, где гистон H3 метилирован по остатку лизина 27. Эти богатые H3K27me3 области формируют крупные неактивные хромосомные регионы. Поскольку известно, что семейство белков Polycomb репрессирует транскрипцию и устанавливает метилирование H3K27, вероятно, что наблюдаемое снижение доступности в областях H3K27me3 опосредует глушение генов.

«Мы показываем, что действительно существуют различия в доступности ДНК на протяжённых участках хромосом, отражающие, скорее всего, различные степени компактизации хроматина. Эти различия коррелируют с различными паттернами модификаций гистонов», — комментирует Дирк Шюбелер. — «Это ставит под сомнение простое разделение хроматина на активный эухроматин и неактивный гетерохроматин. Наши данные раскрывают более сложную картину доступности генома, связанную с модификациями гистонов».