Экспрессия генов в диплоидных клетках в целом биаллельна: РНК транскрибируется с обоих аллелей гена в каждой клетке. Однако, становится ясно, что существенный субнабор генов экспрессируется моноаллельно, несмотря на идентичные последовательности ДНК. Моноаллельно экспрессируемые гены распадаются на два больших класса: импринтируемые гены и случайно моноаллельные гены.
Импринтируемые гены экспрессируются исключительно или с матерински или отцовски унаследованной хромосомы. Напр., экспрессируются только материнский аллель локуса Cdkn1c (Hatada and Mukai. 1995) и отцовский аллель гена Igf2 (DeChiara et al.. 1991). Для импринтируемых генов качественные особенности экспрессируемого аллеля предетерминированы, часто за счет дифференциального метилирования ДНК, наблюдаемого в гаметах самцов и самок (Razin and Cedar. 1994).
Случайные моноаллельные гены, с др. стороны, могут экспрессироваться как с материнской, так и отцовской хромосомы. Прекрасным примером случайной моноаллельной экспрессии у млекопитающих является инактивация Х, при которой одна из двух Х хромосом в клетках самок транскрипционно молчащая (Lyon. 1961). Выбор, какая из Х хромосом будет молчащей осуществляется во время раннего эмбрионального развития. Затем инактивированная Х клонально наследуется, приводя у взрослых самок к мозаичной экспрессии Х-сцепленных генов с матерински или отцовски унаследованной Х хромосом. Помимо Х-сцепленных генов всё увеличивается количество случайных моноаллельных генов, идентифицируемых на аутосомах. Сюда входят гены обонятельных рецепторов (olfactory receptors (ORs)) (Chess et al.. 1994), некоторые гены иммунной системы, включая рецепторы естественных клеток киллеров, и interleukins (Pernis et al., 1965; Cebra et al., 1966: Held et al., 1995; Hollander et al., 1998) и молекулу клеточной адгезии p120 catenin (Gimelbrant et al.. 2005). Выбор гена OR увеличивает сложность тем, что только один аллель из ~1,000 обонятельных локусов, локализованных в виде тандемного массива в геноме, экспрессируется в каждом из обонятельных нейронов (Serizawa et al., 2004).
Механизм, с помощью которого один и только один аллель гена избирается случайно для экспрессии, остается не известным. Недавно нами было установлено, что гомологичные Х хромосомы в embryonic stem (ES) клетках самок мышей принимают разные, взаимоисключающие состояния уже перед инактивацией Х (Mlynarczyk-Evans et al., 2006). Более того, эти два состояния коррелируют с судьбой хромосомы после дифференцировки ES клеток, несущих мутации, которые предопределяют судьбу активной и неактивной Х хромосом. В ES клетках дикого типа материнская и отцовская Х хромосомы могут переключаться туда и сюда между этими состояниями, но после инактивации Х, состояния оказываются фиксированными, ак активная или неактивная Х хромосома. Два состояния определяются как тенденция для реплицируемых локусов на одной из хромосом появляться в виде одиночных маленьких точек при FISH в paraformaldehyde (PFA)-фиксированных клетках, в то время как локусы на гомологичной хромосоме обнаруживают тенденцию появляться в виде парных сигналов. Мы обозначили этот феномен как singlet/doublet сигналы независимой асинхронной репликации ДНК или SIAR.
В данной работе мы установили, что SIAR является генеральной характеристикой случайных моноаллельных генов в ES клетках. Установление SIAR зависит от Polycomb Group белка Ecd, важного компонента histone H3 lysine 27 methyltransferase комплекса. Более того, Eed также необходим для асинхронной репликации случайных моноаллельных генов в дифференцированных клетках. Эти результаты указывают на то, что общий механизм, используемый для модификаций хроматина, лежит в основе как инактивации Х, так и аутосомной случайной моноаллельной экспрессии.
DISCUSSION
Сходное поведение аутосомных и Х-сцепленных локусов перед случайной моноаллельной экспрессией подтверждает идею, что механизм случайного выбора, по крайней мере частично, законсервирован между аутосомами и Х хромосомами (Singh et al., 2003). Как на Х хромосомах (Mlynarczyk-Evans et al., 2006), так аутосомах аллели для будущих случайных моноаллельных генов отличаются др. от др. переключаемым способом, который зависит от интактной ядерной структуры и координируется между локусами одной и той же хромосомы. Наша современная модель (Mlynarczyk-Evans et al.. 2006) заключается в том, что наблюдаемые различия в частоте singlet и doublet FISH сигналов отражают лежащие в основе различия в структуре хроматина между хромосомами, которые влияют на вероятность того, что реплицируемые локусы на каждой из хромосом оказываются достаточно разделенными, чтобы проявить себя как парный сигнал при FISH.
Т.к. неизвестны клеточные линии, в которых предетерминируется выбор OR, то невозможно скоррелировать аутосомный SIAR с будущим состоянием экспрессии, как это было сделано для X-сцепленных локусов (Mlynarczyk-Evans et al., 2006). Однако аутосомные случайно моноаллельные локусы обладают асинхронной репликацией в дифференцированных клетках, даже в тех типах клеток, в которых они не экспрессируются и эта асинхронная репликация, как было предположено и лежит в основе выбора, какой из аллелей будет экспрессироваться в специфических дифференцированных типах клеток (Mostoslavsky et al., 2001). Eed мутантные ES клетки, которые лишены SIAR, теряют и асинхронную репликацию после дифференцировки (Fig. 4 C), указывая тем самым, что различия хроматина, лежащие в основе SIAR аутосомных случайных моноаллельных локусов могут быть необходимы для позднейшей асинхронной репликации локусов.
Хотя остается возможность, что Eed влияет на SIAR в ES клетках и на асинхронную репликацию в дифференцированных клетках посредством двух независимых путей, наши результаты согласуются с гипотезой, что SIAR является предшественником как случайной моноаллельной экспрессии, так и асинхронной репликации. Eed не является необходимым во время случайной инактивации Х хромосомы, если процесс происходит нормально, исходя из исследований Eed-/- эмбрионов (Kalantry and Magnuson, 2006). Однако, материнские хранилища Eed обнаруживаются очень рано в эмбриогенезе и могут уже тогда устанавливать соотв. хроматиновые различия, которые проявляются как SIAR. Альтернативно, вполне возможно, что SIAR Х-сцепленных и аутосомных локусов обеспечивается разными генами или что SIAR является важным для асинхронной репликации, но не для моноаллельной экспрессии. Т.к. сегодня не существует Eed-/- ES клеточных линий самок, то необходимо посмотреть, затрагивается ли SIAR Х-сцепленных локусов потерей Eed.
Поведение Eed -/- ES и дифференцированных клеток указывает на то, что Eed-обуславливаемое историческое метилирование участвует в асинхронной репликации в дифференцированных клетках, а также в различиях между гомологичными аллелями будущих случайных моноаллельных генов в ES клетках. Хотя хорошо известно, что время метилирования гистонов, состояние экспрессии и репликации тесно скоррелировано, менее ясно, являются ли определенные гистоновые модификации причиной или эффектом выбора времени репликации (Wu et al.. 2006). Гистоновая methyltransferase Suv39h1, которая метилирует гистон H3 по lysine 9, как недавно было показано, влияет на выбор времени репликации перицентрического гетерохроматина у мышей (Wu et al., 2006). Итак, полученные результаты указывают на то, что комбинация гистоновых модификаций может играть причинную роль в установлении времени репликации определенных локусов.
Сайт создан в системе
uCoz 