Ученые раскрыли функцию гистонового варианта H2A.Z в выборе точек начала репликации ДНК

Репликация ДНК — строго регулируемый процесс, обеспечивающий точное удвоение генома при делении клетки. Точки начала репликации определяют, где на геноме начинается репликация, и регулируют программу копирования всего генома. Геном человека содержит десятки тысяч таких точек, однако в каждом клеточном цикле используется лишь около 10% из них. Как же происходит их выбор?

В исследовании, опубликованном в журнале Nature 25 декабря 2019 года, доктора Ли Гохун и Чжу Минчжао из Института биофизики Китайской академии наук продемонстрировали, что гистоновый вариант H2A.Z способствует лицензированию и активации ранних точек начала репликации ДНК.

В эукариотических клетках ДНК оборачивается вокруг гистоновых октамеров, образуя хроматин в ядре. Лицензирование и активация точек начала репликации регулируются как последовательностью ДНК, так и особенностями хроматина, однако хроматин-зависимые механизмы регуляции остаются малоизученными.

В ходе исследования ученые сначала обнаружили, что нокдаун генов H2AFZ в клетках HeLa приводит к дефектам роста клеток. С помощью масс-спектрометрии было установлено, что многие субъединицы пререпликационного комплекса обогащены на мононуклеосомах, содержащих H2A.Z, что указывает на возможную роль этого гистона в лицензировании точек начала репликации.

Чтобы выяснить механизм взаимодействия между H2A.Z и пререпликационным комплексом, ученые провели биохимический анализ in vitro. Они обнаружили, что нуклеосомы, содержащие H2A.Z, напрямую связываются с гистон-лизин-метилтрансферазой SUV420H1. Этот процесс способствует нанесению метки H4K20me2, которая, в свою очередь, рекрутирует комплекс распознавания начала репликации ORC1, помогая завершить лицензирование точек начала репликации ДНК.

Кроме того, с помощью полногеномных исследований в клетках HeLa ученые подтвердили роль H2A.Z в репликации ДНК. Результаты показали, что сигналы от H4K20me2, ORC1 и новых цепей ДНК (указывающие на активные точки начала репликации) совпадают с локализацией H2A.Z. Делеция H2A.Z приводит к снижению сигналов от H4K20me2, ORC1 и новых цепей ДНК. Точки начала репликации, регулируемые H2A.Z, обладают более высокой эффективностью запуска и более ранним временем репликации по сравнению с другими точками.

Для изучения функции H2A.Z-регулируемой репликации в более физиологическом контексте ученые создали мышей CD4CreH2A.Zf/f. Используя эту модель, они условно нокаутировали гены H2az1/H2az2 в Т-клетках. В результате у мышей с условным нокаутом H2A.Z активированные Т-клетки демонстрировали дефекты пролиферации и репликации ДНК.

Это исследование описывает новый эпигенетический механизм регуляции выбора точек начала репликации ДНК и предлагает новый путь для понимания регуляции репликации ДНК у эукариот. Важно, что этот регуляторный путь потенциально может служить мишенью для лечения рака и регуляции функции Т-клеток при иммунотерапии.