Новые механизмы регуляции генома
Геном организма содержит всю информацию, необходимую для правильного развития и функционирования каждой клетки и ткани. Экспрессия генов — их "включение" с разной интенсивностью или полное "выключение" — определяет специализацию клеток.
Критически важна способность клетки репрессировать (замолкать) гены. ДНК в клетке плотно намотана на белковые "шпульки", образуя структуру хроматин. Разные гены имеют различную структуру хроматина, которая играет ключевую роль в регуляции их экспрессии. Однако механизмы, с помощью которых клетка идентифицирует и "упаковывает" в репрессивный хроматин гены, требующие молчания, были плохо изучены.
Биологи из Калтеха охарактеризовали молекулярные механизмы, которые клетки могут использовать для подавления собственных генов. Исследование, проведенное в лабораториях профессора Алексея Аравина и профессора-исследователя Каталин Фейеш Тот, описано в двух статьях в журнале Molecular Cell.
Подавление транспозонов
В первой работе изучалось, как клетки подавляют транспозоны — паразитические генетические элементы, способные "перепрыгивать" в геноме, вызывая мутации и увеличивая свою численность.
Было известно, что нуклеиновые кислоты piRNA могут распознавать и подавлять вредные транспозоны, но механизм оставался неясным. Новое исследование показывает, что piRNA работают совместно с небольшим белком SUMO (small ubiquitin-like protein), который действует как метка, присоединяемая к другим белкам. Вместе piRNA и SUMO модифицируют хроматин на этих транспозонах и репрессируют их.
Роль SUMO и хроматина в контроле обычных генов
Вторая статья фокусируется на роли SUMO и хроматина в контроле нормальных клеточных генов. Широко существуют два основных класса хроматина:
- Эухроматин — содержит наиболее активно экспрессируемые гены.
- Гетерохроматин — считалось, что гены в нём, как правило, замолкают.
Новое исследование ломает эту парадигму и предполагает, что гены, находящиеся в гетерохроматине, экспрессируются благодаря своей хроматиновой среде, а не несмотря на неё.
"Теперь мы знаем, что SUMO действует как репрессирующая метка для подавления транспозонов, которые в противном случае мешали бы правильной экспрессии генов гетерохроматина. Это неожиданная функция SUMO", — говорит постдок Мария Нинова, первый автор обоих исследований.
Учёные также обнаружили, что гетерохроматин ограничивает экспрессию генов определёнными тканями, и идентифицировали новый механизм, позволяющий клеткам поддерживать правильный баланс между гетерохроматином и эухроматином.