научная статья по теме ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ КОМПЛЕКСОВ МАКРОМОЛЕКУЛ НА ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫХ СТАДИЯХ ЭКСПРЕССИИ ГЕНОВ КАК САМО СОГЛАСОВАННЫХ МОЛЕКУЛЯРНЫХ МАШИН Биология

Текст научной статьи на тему «ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ КОМПЛЕКСОВ МАКРОМОЛЕКУЛ НА ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫХ СТАДИЯХ ЭКСПРЕССИИ ГЕНОВ КАК САМО СОГЛАСОВАННЫХ МОЛЕКУЛЯРНЫХ МАШИН»

БИОФИЗИКА, 2011, том 56, вып. 5, с. 831-839

МОЛЕКУЛЯР НАЯ И КЛЕТОЧНАЯ БИОФИЗИКА ==

НАНОТЕХНОЛОГИИ in vivo

УДК 577.3

ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ КОМПЛЕКСОВ МАКРОМОЛЕКУЛ НА ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫХ СТАДИЯХ ЭКСПРЕССИИ ГЕНОВ КАК САМО СОГЛАСОВАННЫХ МОЛЕКУЛЯРНЫХ МАШИН

© 2011 г. А.В. Бречалов*, Д.Я. Гурский**, С.Г. Георгиева* **, Ю.В. Шидловский** ***

*Учреждение Российской академии наук Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта,

119991, Москва, ул. Вавилова, 32; **Учреждение Pоссийской академии наук Институт биологии гена РАН, 119334, Москва, ул. Вавилова, 34/5; ***Центр медицинских исследований Университета Осло, 119334, Москва, ул. Вавилова, 34/5

Поступила в p едакцию 09.06.11 г.

В pаботе приводятся pезультаты систематических исследований роли белков SAYP и ENY2 йгозоркйа melanogaster в регуляции различных этапов экспрессии генов. Экспрессия генов -система многостадийных процессов, включающих подготовку хроматиновой матрицы, инициацию транскрипции, синтез мРНК, формирование мРНП-частиц, их экспорт и трансляцию в цитоплазме. На каждой из указанных стадий функционирует большое количество факторов, которые обычно представлены белковыми комплексами, состоящими из различных субъединиц. Анализ совокупности имеющихся данных показал, что коактиваторы транскрипции SAYP и ENY2 обеспечивают организацию устойчивых белковых комплексов, которые играют в экспрессии генов роль кооперативных нанорегуляторов, определяя, таким образом, молекулярные механизмы согласования пространственно-временных характеристик процессов реализации генетической информации.

Ключевые слова: экспрессия генов, хроматин, транскрипция, изменение пространственной структуры нуклеосом - ремоделирование хроматина, процессинг мРНК, экспорт мРНП.

Экспрессия эукариотических генов, контро -лируемых РНК-полимеразой II, представляет собой многостадийный процесс, протекающий с участием наносистем, представленных кооперативными комплексами макромолекул белков. Активность гена определяется локализацией гена в ядре и его положением внутри области активной транскрипции [1-3]. Области с различным транкрипционным статусом часто разделены так называемыми пограничными элементами, одним из видов которых являются инсуляторы. Действие инсуляторов связано с функционированием различных белков, среди которых одним из наиболее изученных является фактор Su(Hw) [4,5] (рис. 1).

Первая стадия экспрессии конкретного гена - инициация транскрипции - включает в себя подготовку матрицы хроматина на участках промоторов для адсорбции на них факторов транскрипции. Эти процессы осуществляются хроматин-ремоделирующими и хроматин-моди-

Сокращение: мРНП-частица - рибонуклеопротеиновая частица.

фицирующими комплексами [6-8]. Первые представлены несколькими семействами белковых комплексов, осуществляющих перемещение нуклеосом, что необходимо для обеспечения доступа факторов транскрипции непосредственно к промоторным областям ДНК. Одними из наиболее важных у эукариот являются хрома-тин-р емоделирующие комплексы семейства SWI/SNF (Brahma) [9,10]. Вторая группа факторов химически модифицирует концевые аминокислотные последовательности гистонов, одним из широко распространенных факторов является комплекс SAGA/TFTC, осуществляющий ацетилирование и дезубиквитинилирова-ние гистонов [11-13].

Узнавание промотор а о существляется общими факторами транскрипции, из них особенно важен фактор TFIID, содержащий TATA-свя-зывающий белок TBP (TATA-binding рго1еш) [14]. Связывание TFIID запускает сборку пре-инициаторного комплекса, включающего в себя также другие факторы инициации транскрипции и РНК-полимер азу II. После запуска транскрипции синтезируемая мРНК процессируется

Рис. 1. Схема последовательных этапов экспрессии гена в ядре (объяснение в тексте). Показана роль факторов ENY2 и SAYP. Фактор ENY2 входит в состав различных мультибелковых комплексов, осуществляющих контроль экспрессии генов: SAGA-комплекса, осуществляющего предшествующие инициации транскрипции ацетилирование (Ас) и дезубиквитинилирование (Ub) нуклеосом; комплекса THO, участвующего в элонгации транскрипции и формировании мРНП-частиц; комплекса экспорта мРНК - AMEX, a также необходим для барьерной активности Su(Hw)-завиcимыx инсуляторов, играющих важную роль в распределении хроматина внутри ядра клетки. Фактор SAYP объединяет комплексы: Brahma, осуществляющий ремоделирование хроматина, и общий фактор транскрипции TFIID в суперкомплекс BTFly. Фактор SAYP способствует адсорбции суперкомплекса BTFly на промоторную область гена, обеспечивая ремоделирование хроматина и сборку преини-циаторного комплекса.

и формируется рибонуклеопротеиновая частица (мРНП-частица). В этом процессе важную роль играет комплекс THO (THO сотр1ех) [15-17]. Экспорт мРНП из ядра в цитоплазму осуществляется специализированным аппар атом, связанным с комплексом ядерной поры NPC (Ñatear Роге Сотр1ех) [18-20].

Все указанные факторы представлены белковыми комплексами, состоящими из множества субъединиц. Часто они обладают ферментативной активностью и представляют собой многопрофильные молекулярные машины, функционирующие на различных стадиях единого процесса. Комплексы стабильны и относительно независимы, однако в клетке их функционирование четко взаимосвязано. Для анализа способов самосогласования пр оцессов экспр ес-сии генов был успешно использован генетический метод энхансер-зависимой транскрипции.

Модельная система гена yellow у Drosophila melanogaster была использована для поиска новых факторов, участвующих в действии энхансеров указанного гена [21]. Ими оказались фактор TAF9, компонент комплексов TFIID и SAGA [22], а также новые факторы SAYP и ENY2. Изучение механизма действия последних показало, что они являются факторами, координирующими различные этапы экспрессии генов (рис. 1).

ФАКТОР SAYP ФОРМИРУЕТ БЕЛКОВЫЙ

CУПЕРКОМПЛЕКС - КОАКТИВАТОР ТРАНСК РИПЦИИ РНК-ПОЛИМЕРАЗЫ II

Фактор SAYP (Supporter of Activation of yellow Protein) - продукт гена e(y)3 Drosophila melanogaster. Анализ уровня экспрессии гена e(y)3 показал, что SAYP присутствует во многих тканях на разных стадиях развития. Нами получены две мутации гена e(y)3: мутация e(y) 3ul, характеризующаяся сниженной экспрессией гена и делецией С-концевой последовательности белка, и летальная мутация e(y)3EMSl, кодирующая еще более укороченный белок. Летальность мутации гена e( y) 3 говорит о важной роли, которую играет фактор SAYP в онтогенезе. В частности, генетические данные указы -вают на исключительную важность фактора SAYP в раннем эмбриогенезе, формировании имагинальных дисков у личинок и созревании ооцитов у взрослых особей [23]. Обобщенные данные, полученные при изучении мутаций гена e( y) 3, позволяют отнести его к семейству генов триторакс, регулирующих развитие [24].

Окраска политенных хромосом показала наличие большого количества сайтов локализации SAYP, расположенных в эухроматине. Совместное иммуноокрашивание SAYP и РНК-поли-

Рис. 2. Схема белка SAYP. Белок SAYP содержит AT-hook и консервативный участок, состоящий из одного SAY- и двух PHD-доменов. Ядерный рецептор DHR3 взаимодействует с последовательностью, расположенной в AT-hook домене, SAY-домен связывает белки BAP170 и TAF5, PHD-цинковые пальцы связываются с концевыми последовательностями гистонов. В верхней части рисунка представлены гомологи фактора SAYP в различных организмах. Справа указаны названия гомологичных белков, длина аминокислотной последовательности и видовая принадлежность.

мер азы II показало, что многие сайты, содержащие полимеразу (сайты активной транскрипции), также содержат фактор БЛУР, что говорит о его важности в активации транскрипции многих генов [23]. Генетические данные согласуются с этим выводом.

Фактор Б АУР был также обнаружен в пе-рицентрическом гетерохроматине и гетерохро-матине четвертой хр омосомы. Генетические эксперименты показали, что ген е(у)3 является супр ессором эффекта положения, что указывает на участие фактор а БЛУР в р епрессии транскрипции (8Пепсш§) в гетерохроматине [25]. Таким образом, в соответствии с тем, каким оказывается окр ужение фактора БЛУР в хр омати-не, фактор БЛУР выполняет противоположные функции - активирует или подавляет экспрессию генов.

Фактор Б АУР представляет собой белок, состоящий из 2008 аминокислотных остатков. Анализ аминокислотной последовательности позволил выделить несколько доменов. Фактор БЛУР содержит четыре серин-богатые области, два про-лин-богатых участка, две положительно заряженные области, а также семь участков полипептидной цепи, являющихся сигнальными последовательностями, указывающими на их локализацию в ядре. В центральной части белка находится ЛТ-Ьоок - небольшой мотив, узнающий АТ-бо-гатые последовательности и способный связываться с ДНК. ЛТ-Ьоок-мотив характерен для транскрипционных факторов, ассоциированных с хроматином и выполняющих функции как активации, так и репрессии (рис. 2) [26].

В С-концевой области белка БЛУР расположены два домена цинковых пальцев РЫБ-

типа (Plant HomeoDomain Zn-finger). Это небольшие (как правило, ~65 аминокислотных остатков) домены, способные к узнаванию и связыванию модифицир ованных (метилированных или ацетилированных) или немодифици-рованных концевых участков полипептидных цепей гистонов [27,28]. PHD-домены обнаружены в составе транскрипционных факторов, а также факторов ремоделирования хроматина, и важны в процессах транскрипции, репарации, рекомбинации и репликации. Примечательно то, что при мутации e(y)3u1, связанная с отсутствием PHD-доменов в белке, фактор SAYP переставал функционировать в гетерохромати-не. Это указывает на важность PHD-доменов в распознавании типа модификации гистонов, окружающих фактор SAYP [23].

Сравнение аминокислотной последовательности SAYP с последовательностями белков других видов позволило найти его гомологи в различных многоклеточных животных (у млекопитающих это белок PHF10) [23,29-32], а также выявить новый эволюционно консервативный домен, названный SAY-доменом. Гомологи фактор а SAYP имеют в своем со ставе вар иабельную N-концевую последовательность (различной длины), SAY-домен, се

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