Гель для компенсации дозы
У самок человека две X-хромосомы, а у самцов — только одна. Этот хромосомный дисбаланс встречается и в других ветвях животного мира. Интересно, что плодовая мушка разработала иной способ «уравнивания» этих различий. В то время как самки человека и мыши инактивируют одну из своих X-хромосом, у плодовых мух эту работу выполняет самец. Эпигенетический фактор, известный как комплекс MSL, связывается с единственной X-хромосомой самца и использует свою функцию ацетилирования гистонов для её гиперактивации, чтобы попытаться достичь уровня продукции РНК, эквивалентного тому, который достигается двумя X-хромосомами самок. Если этот процесс нарушается, самцы мух погибают.
Исследователей всегда ставил в тупик вопрос о том, как комплекс MSL определяет, какая из 8 хромосом в каждой клетке мухи является X-хромосомой. Этот вопрос мотивировал команду разработать новую стратегию для изучения механизма идентификации X-хромосомы. Вместо того чтобы изучать комплекс MSL мухи в её родной среде, исследователи решили «трансплантировать» его в совершенно чужеродную среду — клетку мыши.
Исследователи снабжают клетки мыши всеми компонентами для воссоздания миниатюрной X-хромосомы самца мухи
Учёные решили вернуться к основам и «собрать» механизм распознавания X-хромосомы по одному компоненту. Они начали с экспрессии в мышиных клетках единственного белка из комплекса MSL мухи — MSL2. На этом этапе видимых изменений не наблюдалось. Основываясь на предыдущих работах с мухами, они предположили, что могут потребоваться другие компоненты комплекса MSL — длинные некодирующие РНК roX1 и roX2. Поэтому они добавили одну из этих РНК. После обеспечения клеток мыши MSL2 мухи и РНК roX2 исследователи наблюдали образование в ядре чётких фокусов, помеченных roX2.
Конденсация MSL2 и roX2 в этих фокусах, по-видимому, повышала экспрессию генов. Дискретная природа и активационный потенциал этих фокусов сильно напоминают X-хромосомные территории, помеченные комплексом MSL в «родной» среде самца мухи. Удивительно, но эти эксперименты показали, что добавления в клетки мыши MSL2 и roX2 мухи достаточно для воссоздания миниатюрной X-хромосомы мухи в мышиных клетках. Этот инновационный подход позволил выявить минимальные молекулярные компоненты, необходимые для первых шагов в распознавании и активации X-хромосомы мухи комплексом MSL.
Специфическое распознавание X-хромосомы обусловлено образованием гелеподобного состояния
Определив точный «рецепт» формирования миниатюрной X-хромосомы, команда смешала два ингредиента — РНК roX и MSL2 — в пробирке. Они заметили, что эти компоненты приобретают уникальное состояние. Когда MSL2 и РНК roX смешивали, оба компонента — хотя по отдельности они были жидкими — начинали формировать сферические частицы и переходили в другую фазу, похожую на гель. Интересно, что гены, кодирующие обе РНК, roX1 и roX2, расположены на X-хромосоме.
Команда предположила модель, согласно которой РНК roX, синтезируемые с X-хромосомы, индуцируют «захват» MSL2 поблизости благодаря их взаимодействию и склонности к сборке в гелеподобное состояние. Уровни РНК roX предсказывают, насколько хорошо комплекс MSL способен найти X-хромосому. Чем больше roX синтезируется с X-хромосомы, тем лучше комплекс может отличить её от аутосом. С другой стороны, другие хромосомы не производят РНК roX и поэтому имеют мало шансов эффективно захватить комплекс MSL в своей близости.
Результаты работы позволили раскрыть новый механизм, который используют самцы мух для распознавания и маркировки единственной X-хромосомы, основанный на сборке двухкомпонентного геля roX-MSL2. Самцы мух, неспособные собрать этот гель, погибают. Возможно, гелевое состояние также помогает привлекать и захватывать другие важные компоненты для компенсации дозы, такие как транскрипционный аппарат, необходимый для увеличенной продукции РНК.