Нуклеосоми та ініціація транскрипції.

Результати біохімічних і генетичних експериментів показують, що присутність нуклеосом в промоторних ділянках генів, як правило, інгібує транскрипцію. Встановлено, що просторове розташування послідовностей нуклеотидів у двох витках ДНК, намотаною навколо гістонових октамер нуклеосоми, несумісне із збіркою стабільного ініціаціонной комплексу. Отже, для утворення функціонально активного ініціаціонной комплексу, до складу якого входять РНК-полімераза і фактори транскрипції, необхідно локальне руйнування нуклеосомной структури хроматину в околицях промотора і регуляторних елементів.
При цьому реалізуються дві стратегії: безперервне існування ділянки ДНК у вигляді вільної від нуклеосом послідовності нуклеотидів та індуковане руйнування нуклеосом. Перший механізм функціонує на промотор конститутивно транскрібіруемих еукаріотичних генів і забезпечується білковими факторами, які руйнують наявну нуклеосомную структуру даної ділянки ДНК або перешкоджають її утворення. Описано три способи здійснення цього механізму:
1) фактори транскрипції встигають взаємодіяти з реплицируемой ДНК до збірки нуклеосом;
2) фактори зв’язуються з відповідними ділянками ДНК, що містять нуклеосоми, і їх дестабілізують;
3) спеціалізовані білки руйнують нуклеосомную структуру в області промоторів неекспрессірующіхся генів.
Всі ці механізми можуть функціонувати як окремо, так і в різних поєднаннях.
Знову синтезируемая еукаріотичних ДНК володіє підвищеною чутливістю до нуклеаз, що вказує на її більш “відкриту” структуру в порівнянні зі структурою в сформованому хроматині інтерфазних ядер. Це може відображати наявність проміжних стадій у збірці нуклеосом або формуванні структур хроматину більш високого порядку. Вважається, що збірка нуклеосом в реплікується ДНК відбувається в два етапи. Спочатку гістони H3 і H4 доставляються до ДНК за допомогою фактора збірки хроматину CAF-I (хроматину збірки фактора I), що складається з трьох субодиниць з молекулярними масами 150, 60 і 50 кДа. Знову синтезовані гістони H3 і H4 зв’язуються першими двома субодиницями, з яких поліпептид з молекулярною масою 150 кДа має сильно зарядженим доменом, а інший містить у своєму складі WD-повтор (де W і D – амінокислоти триптофану і Asn відповідно до однобуквеним позначенням). На другому етапі до споруджуваних нуклеосоми додаються гістони H2A і H2B, що завершує формування кoрових частинок нуклеосом.
Дослідження в пробірці показали, що тетрамери H3/H4 не виключають взаємодії факторів транскрипції з відповідними ділянками ДНК, як це роблять зрілі нуклеосоми. З іншого боку, нуклеоплазмін, що зв’язує димери H2A/H2B, стимулює взаємодію різних факторів з Нуклеосома (наприклад GAL4, USF або SP1). Крім того, незрілий хроматин характеризується зниженим вмістом лінкерного гистона H1, присутність якого стабілізує нуклеосоми і структури хроматину вищого порядку.
Конкурентні відносини між активацією транскрипції і дозріванням хроматину під час клітинного циклу були продемонстровані в природних умовах для дріжджових генів, локалізованих поблизу теломерна ділянок хромосом. У таких генів може мати місце мозаїчний ефект положення, наприклад, транслокація гена URA3 в область теломери пригнічує його транскрипцію, яка може бути відновлена ​​під дією білка-трансактіватор транскрипції PPR1, але тільки у фазі G2 / M клітинного циклу. Саме в цей час відбувається повне дозрівання знову утвореного хроматину у більшості еукаріотичних організмів. Одного разу встановившись, активований або репресованих стан гена поблизу теломерна ділянок хромосом підтримується протягом багатьох клітинних поділів.
Ці експерименти показують, що під час збірки хроматину є можливість перепрограмування компетентності генів у відношенні транскрипції та регуляторна структура хроматину є успадковане у ряді клітинних поколінь.
Промотори, що активуються через руйнування нуклеосомной структури безпосередньо факторами транскрипції, характерні для генів теплового шоку дрозофіли. У підтримці відкритої структури ДНК в цьому випадку беруть участь основні фактори транскрипції, а також GAGA-фактор, які взаємодіють з промотором в околицях TATA-боксу і точки ініціації транскрипції. Така взаємодія забезпечує відкритий стан вищерозташованого регуляторного елемента теплового шоку. При індукованому механізмі руйнування нуклеосомной структури ДНК в околицях промотора перед активацією гена нуклеосоми присутні як в вищерозташованих регуляторних послідовностях ДНК, так і в самому промотором. Під час індукції транскрипції такого гена регуляторні фактори, зв’язуючись з ДНК, прямо або побічно викликають руйнування нуклеосомной структури відповідних ділянок ДНК.
Аналогічна стратегія активації промоторів реалізується також і в генах, регульованих глюкокортикоїдами. Для активації промоторів, структурованих в нуклеосоми, потрібно кілька етапів. Спочатку регуляторні фактори взаємодіють своїми ДНК-зв’язуючими доменами з відповідною регуляторної послідовністю, розташованої вище промотора, що супроводжується витісненням частини або всіх гістонів нуклеосом цієї послідовності.
Активуючі домени білкових факторів транскрипції далі індукують звільнення гістонів з основного промотора, що супроводжується утворенням ініціаціонной комплексу за участю РНК-полімерази і основних факторів транскрипції. Збірка транскрипційного комплексу призводить до витіснення ще однієї порції гістонів з промотора.

Comments are closed.