Низкая температура компенсирует потерю эпигенетического регулятора PRC2 у растений
Исследователи из Института генетики и биологии развития Китайской академии наук обнаружили новый механизм, с помощью которого температура влияет на судьбу клеток растений, регулируя эпигенетические метки.
Эпигенетическое выключение эмбриональных генов
У модельного растения Arabidopsis thaliana переход от семени к проростку требует выключения специфических генов, необходимых только на эмбриональной стадии. Для этого используются два белковых комплекса:
- PRC2 — добавляет репрессивную метку H3K27me3 к гистонам.
- PRC1 — добавляет метки H2Aub или H2A.Zub к гистону H2A или его варианту H2A.Z.
Эти метки создают репрессивную хроматиновую среду, "запирающую" эмбриональные гены (например, LEC1, ABI3). Нарушение работы PRC1 или PRC2 приводит к реактивации этих генов и дедифференцировке клеток в каллус.
Роль низкой температуры как компенсаторного фактора
Учёные обнаружили, что низкая температура окружающей среды (16℃) может частично компенсировать потерю функции PRC2, исправляя дефекты развития у мутантов prc2.
Ключевым медиатором этого температурного ответа является транскрипционный фактор TOE1:
- В нормальных условиях TOE1 взаимодействует с комплексом ремоделирования хроматина INO80-C, чтобы удалять H2A.Z из нуклеосом в локусах эмбриональных генов, способствуя переходу к пост-прорастательному росту.
- При низкой температуре экспрессия TOE1 снижается, и H2A.Z накапливается.
- Накопленный H2A.Z становится мишенью для PRC1, который добавляет к нему репрессивную метку, превращая в H2A.Zub.
- H2A.Zub действует как сигнал репрессии, подавляя эмбриональные гены, тем самым компенсируя отсутствие PRC2.
Значение исследования
- Для биотехнологий: Предложена новая стратегия оптимизации дифференцировки каллуса и регенерации сельскохозяйственных культур путём регулирования температуры культивирования.
- Для фундаментальной науки: Подчёркнута эволюционно консервативная роль метки H3K27me3 в многоклеточных организмах. У растений она балансирует пластичность развития и адаптацию к среде, у животных поддерживает идентичность соматических клеток.
- Для медицины: Дерегуляция H3K27me3 при раке может реактивировать стволоподобные свойства клеток (аналогично образованию каллуса у растений). Понимание механизмов температурно-индуцированного эпигенетического репрограммирования может помочь в разработке методов лечения.