научная статья по теме ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ LCR ИЗ ЛОКУСА CUT ДРОЗОФИЛЫ Математика

Текст научной статьи на тему «ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ LCR ИЗ ЛОКУСА CUT ДРОЗОФИЛЫ»

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2007, том 415, № 5, с. 703-707

БИОХИМИЯ, БИОФИЗИКА, МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ

УДК 577.21+595.773.4

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ LCR

ИЗ ЛОКУСА cut ДРОЗОФИЛЫ

© 2007 г. Н. А. Чуриков, Д. В. Сосин, О. В. Кретова, Е. Д. Моисеева

Представлено академиком Г.П. Георгиевым 16.03.2007 г. Поступило 16.03.2007 г.

В последние годы появились убедительные свидетельства того, что в хромосомах эукариот имеются протяженные области, в которых транскрипция генов регулируется координированно, т.е. экспрессия расположенных в них генов либо включена, либо выключена. Такие области хромосом называют транскрипционными территориями [1]. Они были выявлены с помощью техники микроэррей. Ранее с помощью фракционирования больших фрагментов ДНК в хромосомах эукариот были обнаружены форум-домены, области длиной 50-150 kb, которые являются единицами сайленсинга или активной транскрипции [24]. На границах форум-доменов расположены так называемые PRE/TRE-последовательности, с которыми связываются белковые комплексы, обеспечивающие репрессию транскрипции (хромосомный сайленсинг) или ее активацию. Эти данные были позже подтверждены при изучении паттерна PRE-последовательностей в геноме дрозофилы, при котором обнаружены домены длиной 50-150 kb - PcG-домены [5]. По всей видимости, транскрипционные территории и являются форум-доменами или PcG-доменами. Однако до сих пор не охарактеризованы свойства последовательностей, позволяющих одновременно включать или выключать транскрипцию на больших расстояниях от границ форум-доменов.

Ранее нами был выявлен сайленсер в LCR (ло-кусконтролирующий район) в локусе cut дрозофилы [6-9]. В настоящей работе мы приводим результаты дальнейшего изучения короткого фрагмента ДНК, содержащего сайленсер, которые убедительно свидетельствуют о том, что в присутствии активного энхансера тот же 268-нуклео-тидный фрагмент проявляет свойства сильного дистантно действующего активатора транскрипции. Следовательно, внутри коротких фрагментов ДНК, расположенных на границах форум-до-

менов, могут располагаться последовательности, вовлеченные как в репрессию, так и в активацию транскрипции. Таким образом, эти фрагменты бивалентны, т.е. имеют двойственные свойства -дистантно действующих сайленсеров или активаторов транскрипции. Впервые получены данные о том, что энхансеры могут переключать PRE/TRE-элементы, которые при этом из сайленсеров превращаются в активаторы транскрипции.

На рис. 1 представлена генетическая конструкция, содержащая репортерный ген люцифе-разы светлячка, находящегося под контролем промотора hsp70 дрозофилы и содержащего область 3'-концевого созревания РНК из гена актина 5С дрозофилы. Данный вектор (p-hsp-GL-3-3'-act) был создан ранее для поиска и анализа регу-ляторных ДНК дрозофилы [10]. В FseI-сайт данного вектора на расстоянии 3.34 kb выше промотора вставляли фрагмент Sau, содержащий сайленсер [8, 9]. Фрагмент нарабатывали с помощью PCR, используя олигонуклеотиды, содержащие искусственные сайты FseI: 5'-cccggccggccGATCGAT-GAGCTTGCCGCCTG-3' и 5'-cccggccggccGATCT-CAATCTCGAATATTTAAAGATA-3'. В некоторые генетические конструкции, на расстоянии 2.841 kb выше промотора, вставляли энхансер из мобиль-

Sau10 Enh (copia) gypsy

У У У

FseI BamHI Kpnl 3'act-5C

hsp luc Fire fly

^YYYY

Рис. 1. Базовый вектор, использованный для создания генетических конструкций [10]. В качестве репор-терного гена выбран ген люциферазы светлячка (luc Fire fly), находящийся под промотором hsp70 (hsp) и содержащий З'-трейлер с сигналами 3'-концевого созревания из гена актина 5C дрозофилы (3'act-5C). Указаны места, использованные для инсерций Sau, энхансера LTR-содержащего элемента copia (enh) и инсулятора gypsy. Указана нумерация по исходному вектору p-GL-3-enhancer (Promega, AC U47297).

Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгелъгардта Российской Академии наук, Москва

704 ЧУРИКОВ и др.

hsp luc Fire fly 3'act-5C

e-• ^

1 h

hsp luc Fire fly 3'act-5C

с

e-h

enh

2

С

Sau

hsp luc Fire fly 3'act-5C

3

S-h

3

С

Sau

41^

enh

hsp luc Fire fly 3'act-5C

3

S-e-h

4

с

Sau —*-

hsp luc Fire fly 3'act-5C

3

S-e-h

enh

5

gypsy

hsp luc Fire fly 3'act-5C

"Г"

e-g-h

enh

6

gypsy

Sau enh hsp luc Fire fly 3'act-5C

Г^--^ ^ S-e-g-h

7

gypsy

Sau Sau enh Я hsp luc Fire fly 3'act-5C

*-N — ,

S-S-e-g-h

9

enh hsp luc Reinilla 3'act-5C

10

_ ^ p-enh-hsp-Renilla-3'act-5C

Рис. 2. Генетические конструкции, использованные в экспериментах по ко-трансфекции. Схематически, не в масштабе, показаны вставки Sau в двух ориентациях, энхансера элемента copia (enh) и инсулятора gypsy в прямой ориентации. Сокращенное название конструкций, приведенное справа, основано на последовательности элементов в ней. Обозначения: S - Sau; e - enh(copia); g - инсулятор gypsy; h - промотор hsp70. Ориентация Sau показана стрелкой. Правильность генетических конструкций подтверждена секвенированием.

ного элемента copia, который активен в культу-ральных клетках дрозофилы - enh(copia) [11]. В ряде конструкций в KpnI-сайт вставляли инсулятор gypsy, наработанный с помощью прайме-ров, содержащих искусственные сайты KpnI: 5'-

cccggtaccTGGCCACGTAATAAGTGTGCG-3' и 5'-cccggtaccGTTGTTGGTTGGCACACCACAA-3'.

Все генетические конструкции, использованные в данной работе, приведены на рис. 2. Дизайн конструкций позволил выяснить, как повлияет

сайленсер локуса cut (Sau) на энхансер и сможет ли в этом случае инсулятор gypsy защитить промотор от влияния сайленсера.

Полученные конструкции использовали для экспериментов по трансфекции клеток Schneider 2 совместно с контрольной конструкцией, содержащей ген люциферазы коралла (Renilla), обрамленный теми же промотором и областью 3'-act-5C (рис. 2, конструкция 10) [10]. Контрольная конструкция использовалась для нормализации данных свечения люциферазы светлячка, т.е. служила для выравнивания эффективности трансфекции в разных экспериментальных точках [10]. Клетки Schneider 2 рассевали накануне до плотности 2 млн/мл - по 1 мл/лунка в планшете на 24 лунки (Nunc). Липосомы, содержащие ДНК конструкций, готовили с помощью реагента TransFast ("Promega") в среде без сыворотки. Клетки осаждали центрифугированием 2000 об/мин в центрифуге MiniSpin ("Eppendorf") в течение 5 мин. К осадку клеток добавляли липосомы (50 мкл) и инкубировали их в пробирках Eppendorf -1.5 мл 1 ч при 27°C. Затем переносили клетки в лунки с полной средой (500 мкл) и инкубировали их 48 ч. После этого клетки суспендировали, осаждали центрифугированием 5 мин - 3000 об/мин, проводили лизис и измерение люминесценции по протоколу Promega (Dual-Glo Luciferase Assay System) на люминометре Reporter (Microplate Turner BioSystems).

На рис. 3 приведены результаты экспериментов. Видно, что введение энхансера приводит к значительному усилению экспрессии репортер-ного гена. Сайленсер же Sau, напротив, заметно ее подавляет. Эти результаты согласуются с данными наших более ранних исследований [8]. Неожиданно для нас добавление сайленсера в обеих ориентациях в конструкции, содержащие энхан-

сер (S -e-h и S -e-h), привело не к подавлению активности гена, а к заметному ее усилению независимо от полярности сайленсера.

Видно также (рис. 3), что введение инсулятора gypsy между энхансером и промотором в несколько раз ослабляет влияние энхансера (ср. экспрессию конструкций e-h и e-g-h). Три последние конструкции, указанные на рис. 3, содержат фрагмент Sau, энхансер и инсулятор. Видно, что фрагмент Sau усиливает экспрессию гена luc (ср. данные экспрессии конструкций e-g-h, S -e-g-h и S -e-g-h), причем Sau в обратной ориентации оказывает более сильный эффект. Таким образом, Sau-активатор обладает полярностью действия. Инсулятор gypsy препятствует прохождению сигнала от Sau-активатора и энхансера к промотору, когда Sau находится в прямой ориентации. Когда же Sau находится в обратной ориентации, тот же сигнал актива-

FLU 1200000 т

1000000

800000

600000

400000

200000

h e-h S-e-h e-g-h S-e-g-h

S-h S-e-h S-e-g-h S-S-e-g-h

Рис. 3. Результаты экспериментов по ко-трансфек-ции. Использовали примерно по 10 нг ДНК конструкций, не обработанных рестриктазами, на одну транс-фекцию. Данные обрабатывали с помощью программ "Excel" и "Origin". Обозначения конструкций, как на рис. 2. Приведены результаты одного из трех экспериментов. В каждом эксперименте было по три параллели (n = 3). Нормализацию по эффективности трансфекции вели по свечению Renilla. Нормализацию данных по количеству ДНК проводили с помощью блот-гибридизации. Для этого смесь использованных для ко-трансфекции растворов ДНК конструкций и стандартного раствора вектора pUC12 (к 8 мкл раствора pUC12, содержащего 10 нг ДНК, добавляли 2 мкл рабочего раствора, содержащего около 10 нг ДНК генетических конструкций) переваривали ферментом BamHI, фракционировали, блотти-ровали, гибридизовали с 32Р-пробой pUC12 и проводили количественный анализ с помощью фос-фоимиджера. В приведенном масштабе примерно пятикратное снижение экспрессии гена luc в конструкции S-h по сравнению с экспрессией конструкции h не так заметно.

ции достигает промотора, не встречая инсулятора. Интересно, что две копии Sau, вставленные в прямой ориентации, значительно усиливают экспрессию (ср. результаты для конструкций S -e-g-h

и S - S -e-g-h). Полярность действия Sau-активато-ра следует также из данных сравнения экспрессии двух последних конструкций на рис. 3: две копии

Sau в конструкции S - S -e-g-h обеспечивают примерно такой же уровень экспрессии, как и одна его копия в конструкции S -e-g-h.

Таким образом, результаты этих экспериментов позволяют сделать вывод о том, что один и тот же фрагмент Sau, имеющий длину 268 bp, содержит последовательности, способные в зависимости от окружающих их последовательностей либо репрессировать, либо активировать транскрипцию рядом расположенных генов. Наличие

706 ЧУРИКОВ и др.

(а)

gypsy

(б)

Рис. 4. Предлагаемая модель взаимодействия энхансера с оксюмороном и промотором в присутствии инсулятора. а -расположение элементов в конструкции Б -е^-^ б - образование петель фибриллами хроматина при

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком