Функции и механизмы действия инсуляторов в геномах высших эукариот

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Механизмы дистанционных взаимодействий между участками хроматина и принципы формирования хромосомной архитектуры в настоящее время активно исследуются. В регуляции специфичных дистанционных взаимодействий между энхансерами и промоторами участвует особый класс регуляторных элементов, названных инсуляторами. В обзоре описаны инсуляторы дрозофилы и млекопитающих, кратко охарактеризованы белки, обеспечивающие их функциональную активность. Изначально считалось, что основными свойствами инсуляторов являются блокирование энхансеров и образование независимых доменов транскрипции. Мы приводим экспериментальные факты, доказывающие, что хроматиновые петли, формируемые инсуляторами, играют лишь вспомогательную роль в блокировании энхансеров. Обсуждаются механизмы формирования топологически ассоциированных доменов, их роль в создании хромосомной архитектуры и в регуляции транскрипции генов.

Полный текст

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

PRE – polycomb response element; LCR – locus control region; ANT-C – Antennapedia complex; ТФ – транскрипционный фактор; ZF (zinc finger) – домен цинковый палец; BX-C – Bithorax complex; ЦНС – центральная нервная система; BTB – bric-a-brac, tramtrack and broad complex; POZ – poxvirus and zinc finger; ZAD – zinс finger-associated domain (домен, ассоциированный с цинковыми пальцами); ICR – imprinting control region; PRC2 – polycomb repressive complex 2; ТАД – топологически ассоциированный домен.

ВВЕДЕНИЕ

В клетках высших эукариот один из основных этапов генной экспрессии – транскрипция, осуществляется в результате взаимодействия между промоторами, определяющими начало транскрипции и ее базовый уровень, и различными цис-регуляторными элементами, которые либо усиливают (энхансеры), либо ослабляют (сайленсеры) транскрипцию [1–3]. Энхансеры и сайленсеры могут находиться на значительном расстоянии от генов, транскрипцию которых регулируют, и отделяться от них многочисленными «чужими» генами с собственными регуляторными системами [4, 5]. Для объяснения механизма специфичных энхансер/сайленсер-промоторных взаимодействий предлагалась модель, постулирующая разделение хромосом на транскрипционные (хроматиновые) домены, жестко ограничивающие контакты между регуляторными последовательностями генома [6].

В исследованиях на плодовой мушке Drosophila melanogaster впервые был найден новый класс регуляторных элементов, названных инсуляторами [7–9]. Изначально были описаны два свойства инсуляторов. Во-первых, инсуляторы препятствуют взаимодействию энхансера с промотором, если находятся между ними (энхансерблокирующая активность). Во-вторых, окружающие трансген инсуляторы нейтрализуют негативное или позитивное влияние соседствующего хроматина на его экспрессию (барьерная активность). В настоящее время инсуляторы обнаружены в геномах всех хорошо исследованных высших эукариот [10, 11]. Исходно предполагалось, что именно взаимодействующие между собой инсуляторы отвечают за формирование изолированных транскрипционных доменов. Однако дальнейшие исследования показали, что инсуляторы – это многофункциональные элементы, включенные в регуляторные системы многих генов [12–18].

ИНСУЛЯТОРЫ В ГЕНОМАХ ВЫСШИХ ЭУКАРИОТ

В первых работах по изучению инсуляторов в качестве модельного организма часто использовали дрозофилу. В то время на основе Р-транспозона уже была разработана система, позволяющая эффективно модифицировать геном дрозофилы с помощью трансгенов [19]. Методы in vivo модификации генома позвоночных животных были созданы значительно позже [20, 21]. Р-зависимая интеграция носит случайный характер, что позволяет изучать влияние различного хромосомного окружения на экспрессию трансгена. В качестве репортерного гена часто использовали ген white, отвечающий у дрозофилы за пигментацию глаз [22]. В разных трансгенных линиях, несущих ген white без энхансеров (mini-white), цвет глаз у мух варьировал от бледно-жёлтого до красного, что обуславливалось сайтами встраивания трансгенов. Это явление получило название эффекта хромосомного положения [22, 23]. Предполагалось, что зависимость экспрессии гена mini-white от хромосомного положения обусловлена активностью геномных энхансеров, расположенных рядом с местом интеграции трансгена. Однако позже доказали, что в более чем 70% случаев за активирующий эффект хромосомного окружения ответственна проходящая через mini-white транскрипция, инициированная в окружающих геномных районах [24].

Первыми инсуляторами, описанными в геноме дрозофилы, были последовательности scs и scs’ (specialized chromatin structure), картированные в цитогенетическом локусе 87A7 как гиперчувствительные к нуклеазам участки ДНК, окружающие кластер из пяти генов, в том числе двух генов белков теплового шока 70 (hsp70) [8, 9, 25]. При активации генов hsp70 хромомер 87A7 деконденсируется, образуя пуф на политенных хромосомах слюнных желез. Цитологические исследования показали, что элементы scs и scs’ локализованы в местах, где деконденсированный локус 87А7 фланкируется конденсированным хроматином. Однако позже установили, что scs и scs’ находятся внутри, а не на границах пуфа и не ограничивают деконденсацию 87A7 [26]. Было высказано предположение, что scs и scs’ являются границами транскрипционного домена, включающего гены hsp70. В составе трансгенов элементы scs и scs’ проявляли энхансерблокирующие и барьерные свойства инсуляторов [8, 9]. Затем было показано, что инсуляторы scs (993 п.н.) и scs’ (500 п.н.) имеют сложную структуру, которая включает промоторы генов и сигналы терминации транскрипции [27–30].

Наиболее изученный инсулятор дрозофилы обнаружен в регуляторной области ретротранспозона gypsy (МДГ4) [31]. Ретротранспозон gypsy влияет на экспрессию соседних генов, вызывая мутантные фенотипы. При этом влияние gypsy на транскрипцию обусловлено последовательностью из 460 п.н., расположенной в его 5’-транскрибируемой нетранслируемой области [7, 32]. В трансгенных линиях инсулятор gypsy блокирует активность разнообразных энхансеров на всех стадиях развития дрозофилы [33–36]. Установлено, что инсулятор состоит из 12 вырожденных октамерных сайтов связывания белка Su(Hw) [32, 37, 38]. Изначально свойства инсулятора gypsy тестировали на регуляторной системе локуса yellow, отвечающего за пигментацию кутикулярных структур у эмбрионов, личинок и имаго [39]. Энхансеры, контролирующие транскрипцию yellow в пластинах крыла и кутикуле тела, расположены в 5’-области гена, тогда как энхансеры, контролирующие экспрессию в щетинках, находятся в интроне [7]. В аллеле y2 ретротранспозон gypsy встроен в 5’-область гена yellow между промотором и энхансерами, активирующими транскрипцию в крыльях и теле. В результате инсулятор блокирует энхансеры тела и крыльев, но не влияет на активность энхансера щетинок, локализованного в интроне гена (рис. 1). На фоне мутации, инактивирующей ген su(Hw), инсуляция в аллеле y2 исчезает, и экспрессия гена yellow полностью восстанавливается [40]. В нескольких исследованиях показано, что при интеграции трансгена в гетеро­хроматиновые области генома или в присутствии PRE (Polycomb Response Element)-зависимого сайленсера gypsy инсулятор эффективно защищает от репрессии репортерный ген white [41, 42].

 

Рис. 1. Схематичное изображение аллеля y2. Экзоны гена yellow обозначены прямоугольниками со стрелкой, указывающей направление транскрипции; ЭнК – энхансер крыльев; ЭнТ – энхансер тела; ЭнЩ – энхансер щетинок; Пр – промотор гена. Ретротранспозон gypsy изображен в виде треугольника, прямоугольники на его концах – длинные концевые повторы, их направление указано стрелками. Инсулятор Su(Hw) изображен как шестиугольник внутри gypsy. На фотографиях представлены фенотипы мух: y+ – дикий тип, ген yellow экспрессируется во всех кутикулярных структурах; y2 – энхансеры тела и крыльев блокированы инсулятором Su(Hw) (изображено как зачеркивание), ген yellow не экспрессируется в кутикуле тела и крыльях, но продолжает экспрессироваться в щетинках

 

Еще один инсулятор найден в длинном концевом повторе ретротранспозона Idefix [43]. С помощью трансгенных линий выявлена барьерная активность инсулятора Idefix и его способность блокировать различные энхансеры [44].

Первый функциональный геномный инсулятор 1A2, содержащий два сайта связывания белка Su(Hw), был найден в 3’-области гена yellow [45, 46]. Оказалось, что многие геномные последовательности ДНК, включающие 1–3 сайта связывания Su(Hw), в составе трансгенов проявляют свойства инсуляторов [47–49]. Однако при использовании синтезированных повторяющихся Su(Hw)-связывающих сайтов установлено, что эффективную инсуляцию обеспечивают минимум четыре сайта [50]. Это противоречие можно объяснить существованием пока не идентифицированных белков, которые совместно с Su(Hw) участвуют в формировании функциональных эндогенных инсуляторов [51].

В геноме дрозофилы обнаружено множество инсуляторных последовательностей, не содержащих сайты связывания белка Su(Hw). Среди них инсуляторы SF1 и SF2 из комплекса Antennapedia (ANT-C) [52, 53]; последовательности facet-strawberry, защищающие ген Notch от влияния окружающего хроматина [54]; инсулятор Wari [55], расположенный на 3’-конце гена white; граничный элемент ME, блокирующий действие энхансера из гена eyeless на промотор соседнего гена myoglianin [56]. В регуляторной области комплекса Bithorax (BX-C) локализованы границы независимых транскрипционных доменов, Mcp, Fab-6, Fab-7 и Fab-8, демонстрирующие в трансгенных линиях свойства инсуляторов [57–71].

Первые инсуляторы позвоночных были найдены на границах кластеров транскрипционно активных генов и гетерохроматиновых районов. На 5’-конце β-глобинового локуса курицы был обнаружен инсулятор HS4 [72]. Коровая последовательность HS4 содержит сайт связывания белка CTCF [73]. В дальнейшем поиск новых инсуляторов позвоночных часто основывался на тестировании фрагментов ДНК, содержащих CTCF-связывающие сайты [74, 75]. Так у мыши и человека был найден инсулятор, содержащий четыре сайта связывания CTCF, который играет ключевую роль в импринтированной экспрессии локуса Igf2/H19 [76–78]. В настоящее время описано множество СTCF-зависимых инсуляторов позвоночных, что cогласуется с представлениями о ключевой роли белка СТСF в организации архитектуры хроматина [74, 75].

МОДЕЛИ МЕХАНИЗМА ДЕЙСТВИЯ ИНСУЛЯТОРОВ

На основании данных о свойствах инсуляторов были предложены две группы альтернативных моделей, объясняющих механизм их функционирования.

Транскрипционные модели предполагали, что инсулятор активно прерывает специфичные дистанционные взаимодействия между энхансером и промотором [73, 79, 80]. В зависимости от возможного механизма энхансер-промоторных взаимодействий рассматривали различные варианты действия инсуляторов. Согласно одной из моделей, энхансер «ищет» промотор, двигаясь вдоль хроматиновой фибриллы. В этом случае инсулятор является физическим барьером, препятствующим продвижению энхансера. Также предполагалось, что инсуляторы представляют собой псевдопромоторы. Они не инициируют транскрипцию, но способны взаимодействовать с энхансерами и тем самым блокировать их активность (рис. 2А). Согласно другой популярной модели, дистанционные энхансер-промоторные контакты обеспечиваются специальными вспомогательными белками. Например, гомодимеризующийся белок LDB1 млекопитающих формирует специфичные контакты между энхансерами и промоторами многих генов [81]. Белок Chip дрозофилы облегчает энхансер-промоторное взаимодействие в локусе cut [82]. Показано, что белок Chip взаимодействует с компонентами инсулятора gypsy [83, 84]. Когда энхансер-промоторное взаимодействие ослаблено мутацией в белке Chip, Su(Hw)-зависимая инсуляция становится более эффективной. Таким образом, инсулятор может блокировать действие вспомогательных белков, обеспечивающих энхансер-промоторную коммуникацию (рис. 2Б).

 

Рис. 2. Модели механизма действия инсуляторов. А – модель «ловушки энхансера». Б – блокирование вспомогательных белков. В – структурная модель. Формирование независимых транскрипционных доменов. Обозначения: Эн – энхансер; И – инсулятор; Пр – промотор. Красными стрелками обозначена активация транскрипции специфичным энхансером, синими – базовая активность промотора. Зачеркнутые стрелки обозначают блокирование взаимодействий между энхансерами и промоторами из соседних доменов

 

Широкую популярность приобрели структурные модели действия инсуляторов [85]. Исходно они базировались на представлениях, что хромосомы формируют большие независимые хроматиновые петли [6]. Предполагалось, что хроматиновые петли являются независимыми доменами транскрипции и блокируют взаимодействия между регуляторными элементами из соседних доменов.

В дальнейшем большое значение приобрели работы по локализации белка Su(Hw) на хромосомах и в ядре. Считалось, что диски политенных хромосом соответствуют транскрипционным доменам, а междиски – их границам. Было показано, что сайты связывания Su(Hw) находятся в некоторых междисках, т.е. ограничивают транскрипционные домены [86]. В культурах клеток дрозофилы, эмбрионах и имагинальных дисках белок Su(Hw) был локализован в составе компактных ядерных образований, названных инсуляторными тельцами [86]. Предполагалось, что каждое инсуляторное тельце состоит из множества отдельных взаимодействующих между собой инсуляторов, которые делят хроматиновую фибриллу на доменные петли и образуют структуры, подобные розетке (рис. 2В). При этом находящиеся в основании розетки инсуляторы могут взаимодействовать с ядерной ламиной (оболочкой) или с компонентами ядерной поры, что создает основу для пространственной организации хроматина. Структурные модели постулируют, что основная роль инсуляторов заключается в формировании хроматиновых петель, а инсуляторная активность рассматривается как следствие этой организации. Образование хроматиновых петель может топологически или физически препятствовать взаимодействию между находящимися в соседних доменах энхансерами и промоторами [87].

В настоящее время структурные модели опираются на данные об организации хромосом высших эукариот в топологически ассоциированные домены (ТАД) [88–91]. Выдвинута гипотеза, что инсуляторы являются границами ТАДов. Взаимодействие между инсуляторами приводит к формированию хроматиновых петель, ограничивающих активность энхансеров.

Su(Hw)-ЗАВИСИМЫЙ КОМПЛЕКС КАК МОДЕЛЬ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ИНСУЛЯТОРОВ

Активность инсулятора обеспечивается комплексом взаимодействующих белков, которые связываются с инсуляторной последовательностью ДНК. Во многих работах механизмы функционирования и формирования инсуляторов дрозофилы изучали на Su(Hw)-зависимом комплексе.

Ключевой белок комплекса, Su(Hw), экспрессируется в течение всего развития и присутствует в большинстве тканей дрозофилы. Инактивация гена su(Hw) приводит к стерильности самок [35, 92]. Белок Su(Hw) состоит из N-концевого участка, обогащенного кислыми аминокислотами, ДНК-связывающего домена, содержащего 12 цинковых пальцев (ZF) типа C2H2, и С-концевого района, также богатого кислыми аминокислотными остатками [92]. Su(Hw) связывается с консенсусной последовательностью (около 26 п.н.), состоящей из трех модулей [93]. Кластер ZF6–9 связывается с основным, центральным модулем; кластер ZF2–4 – с «нижним» CG-богатым модулем; кластер ZF10–12 – с «верхним» AT-богатым модулем (рис. 3). Десятый ZF влияет на эффективность связывания белка с частью сайтов [93, 94]. Например, мутация в ZF10 не позволяет белку Su(Hw) эффективно связываться с последовательностью инсулятора gypsy [51]. В С-концевой части Su(Hw) находится домен (716–892 а.о.), который отвечает за инсуляцию [32, 92, 95] и за способность белка Su(Hw) репрессировать транскрипцию генов центральной нервной системы (ЦНС) в яичниках [96–98]. Через прямое взаимодействие с Su(Hw) в состав комплекса привлекаются еще два белка Mod(mdg4)-67.2 и CP190 (рис. 3).

 

Рис. 3. Модель формирования Su(Hw)-зависимого инсуляторного комплекса. Домены белка Su(Hw) обозначены сиреневым цветом; домены белка Mod(mdg4)-67.2 – зеленым; домены белка CP190 – оранжевым; домены белка HIPP1 – голубым. Обозначения доменов: CID – взаимодействующий с CP190 домен; Ac – C-концевой кислый домен; ZF – домен цинковых пальцев; LZ – лейциновая молния; BTB – BTB/POZ-домен; Q – обогащенный глутамином район; DD – димеризующий домен; FLYWCH – цинковый палец типа FLYWCH; SID – взаимодействующий с Su(Hw) домен; D – обогащенный аспарагином район; M – взаимодействующий с центросомой домен; E – С-концевой домен, обогащенный глутамином. Внизу приведена консенсусная последовательность связывания белка Su(Hw) из инсулятора gypsy. ZF, связывающие каждый из мотивов, указаны стрелками

 

Белок Mod(mdg4)-67.2 продуцируется сложным локусом mod(mdg4) [99, 100]. На N-конце белка Mod(mdg4)-67.2 находится домен ВТВ/POZ (bric-a-brac, tramtrack and broad complex/poxvirus and zinc finger), который широко распространен у высших эукариот и обычно гомодимеризуется. Однако ВТВ-домен Mod(mdg4)-67.2 относится к особой специфичной для насекомых группе [101]. ВТВ-домены этой группы могут образовывать и гомо-, и гетеромультимерные комплексы [102]. На С-конце белка Mod(mdg4)-67.2 находится специфичный домен, взаимодействующий с С-концевым (716–892 а.о.) доменом Su(Hw) [83, 103]. Кроме того, N-концевая часть белка Su(Hw) взаимодействует с глутамин-богатым районом белка Mod(mdg4)-67.2 [104] (рис. 3). Mod(mdg4)-67.2 участвует в энхансерблокирующей активности инсулятора Su(Hw).

Белок CP190 одновременно взаимодействует с Su(Hw) и Mod(mdg4)-67.2, что стабилизирует формирование инсуляторного комплекса. На N-конце CP190 находится BTB-домен, формирующий стабильные гомодимеры [102, 105–107]. На C-конце CP190 располагаются глутамин- и аспарагин-богатые районы, а между ними – ответственный за взаимодействие с микротрубочками М-домен и четыре ZF [108]. BTB-домен CP190 взаимодействует с двумя неструктурированными N-концевыми районами белка Su(Hw), локализованными между 88 и 202 а.о. [109]. Одновременно домен M белка CP190 взаимодействует с BTB-доменом белка Mod(mdg4)-67.2 [104, 110] (рис. 3).

Делеции отдельных доменов в белках Su(Hw), Mod(mdg4)-67.2 и CP190 не влияют на сборку функционального комплекса in vivo. Таким образом, формирование Su(Hw) инсулятора обеспечивается многочисленными взаимодействиями между его белковыми компонентами, которые частично компенсируют и стабилизируют друг друга. В полногеномных исследованиях показано, что комплекс, включающий все три белка СР190/Mod(mdg4)-67.2/Su(Hw), собирается только на части Su(Hw)-связывающих сайтов [48, 94, 111]. Посадка инсуляторного комплекса на такие сайты в значительной мере опосредуется белками CP190 и Mod(mdg4)-67.2 [104, 109].

Недавно был идентифицирован новый партнер Su(Hw) – белок HIPP1 (HP1 and insulator partner protein 1) [112]. На концах белка HIPP1 локализованы высокоструктурированные области (1–212 и 675–778 а.о. соответственно), причем C-концевая область соответствует домену кротоназы [113, 114]. Кротоназный домен HIPP1 связывается с C-концевым районом Su(Hw) (637–892 а.о.), который одновременно отвечает за энхансерблокирующую и репрессорную активность инсулятора. N-Концевой домен HIPP1 взаимодействует с доменом М и ZF белка CP190 [115] (рис. 3). Показано, что инактивация гена Hipp1 не влияет на фертильность мух и зависимую от Su(Hw) инсуляцию [115, 116]. Однако одновременная инактивация генов Hipp1 и mod(mdg4)-67.2 значительно меняет активность инсулятора gypsy и сильно ослабляет связывание CP190 c Su(Hw)-зависимыми сайтами [115]. Таким образом, рекрутирование HIPP1 и CP190 в состав инсулятора Su(Hw) является взаимозависимым.

Также установлено, что с ZF10–12 белка Su(Hw) напрямую взаимодействует белок ENY2 [117]. На трансгенных линиях продемонстрировано, что белок ENY2 участвует в барьерной активности инсулятора Su(Hw) и защищает экспрессию репортерного гена от PRE-зависимой репрессии. Интересно, что ENY2 связывается также с ZF белка dCTCF (ортолог CTCF у дрозофилы) и участвует в барьерной функции dCTCF-зависимых инсуляторов [118]. Вероятно, рекрутирование неизвестного ENY2-зависимого комплекса на ZF различных транскрипционных факторов (ТФ) можно рассматривать как общий механизм защиты генов от PRE-зависимой репрессии.

В работе Su(Hw)-зависимого комплекса могут принимать участие РНК-связывающие белки Shep и Rump, которые функционируют как негативные регуляторы энхансерблокирующей активности [119, 120]. Кроме того, активность инсулятора Su(Hw) может регулироваться компонентами системы РНК-интерференции – Ago, aub, piwi и Rm62 [121]. Однако механизм работы этих белков не был раскрыт.

В ядре белки Su(Hw), CP190 и Mod(mdg4)-67.2 локализуются в инсуляторных тельцах [122, 123]. Для включения белков Su(Hw)-зависимого комплекса в инсуляторные тельца необходима посттрансляционная модификация белков СР190 и Mod(mdg4)-67.2 убиквитин-подобным модификатором (SUMO) [122–124]. В составе инсуляторных телец также обнаружен белок dСTCF [125]. В модельных системах in vivo было показано, что образование инсуляторных телец никак не связано с инсуляцией [122], а сумолирование не является необходимым условием проявления энхансерблокирующей активности [123]. Можно предположить, что инсуляторные тельца служат своеобразными «депо» хроматиновых белков. В них происходит предварительная сборка белковых комплексов, которые эффективно связываются с синтезируемой в процессе репликации ДНК (рис. 4).

 

Рис. 4. Модель формирования и функционирования инсуляторных телец. Белки CP190/Su(Hw)/Mod(mdg4)-67.2 рекрутируются в инсуляторные тельца за счет сумолирования. В инсуляторных тельцах осуществляется предварительная сборка Su(Hw)-зависимых комплексов и их ассоциация с другими ТФ. «Созревший» инсуляторный комплекс транзиентно взаимодействует с хроматиновой фибриллой, покидает инсуляторные тельца за счет десумолирования и связывается с сайтами на хроматине

 

Формирование инсуляторных телец регулируется количеством матриксного белка EAST [124]. В физиологических условиях белок EAST не связывается с хроматином [126], но взаимодействует с белками CP190 и Mod(mdg4)-67.2 [124]. Уровень экспрессии EAST влияет на связывание Su(Hw)-зависимого комплекса с хроматином и на активность Su(Hw)-зависимых инсуляторов [124, 127]. Такие эффекты EAST можно объяснить, основываясь на вышеописанной модели, согласно которой предварительная сборка инсуляторных комплексов происходит в инсуляторных тельцах.

КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ИНСУЛЯТОРНЫХ БЕЛКОВ

Большинство инсуляторных комплексов формируется вокруг одного или нескольких ключевых ДНК-связывающих белков. Необходимо отметить, что не существует четких параметров, в соответствии с которыми белок можно отнести к классу инсуляторных. Поэтому любой белок, обнаруженный в составе одного или нескольких инсуляторов, автоматически зачисляется в группу инсуляторных белков. У D. melanogaster описано 11 белков с энхансерблокирующими свойствами, содержащих ДНК-связывающие домены. Многие из них, dCTCF, Su(Hw), Pita, ZIPIC, GAF, содержат ZF типа С2Н2 [128–130]. У позвоночных пока описан единственный консервативный инсуляторный белок CTCF [131].

Белок CTCF экспрессируется в большинстве тканей млекопитающих [132]. Он необходим на ранних стадиях развития мышей, участвует в клеточном цикле, апоптозе и дифференцировке клеток [133–135]. У дрозофилы обнаружен ортолог CTCF с аналогичной доменной структурой (dCTCF) [136]. Белок dCTCF связывается с большинством границ в BX-C и определяет их инсуляторную активность. В центральной части CTCF у позвоночных и дрозофилы находится кластер, содержащий 11 ZF. Изучение комплекса СTCF–ДНК человека показало, что ZF3–7 связываются с консенсусным мотивом из 15 п.н. [137]. С помощью мутаций отдельных ZF было продемонстрировано, что в первичных лимфоцитах мышей ZF9–11 и ZF1–2 связываются с фланкирующими консенсусный мотив последовательностями и стабилизируют специфичное связывание CTCF [138]. На N-конце CTCF разных организмов локализован неструктурированный домен, формирующий гомодимеры [139]. В N-концевой части CTCF человека также найден мотив, взаимодействующий с когезиновым комплексом [140]. Взаимодействуя с когезиновым комплексом, CTCF формирует хроматиновые петли и большую часть границ ТАДов, а также опосредует локальные взаимодействия между регуляторными элементами [90, 132, 141].

Белки ZIPIC, Pita и Zw5 содержат на N-конце домен ZAD (zinc finger-associated domain), а на С-конце кластеры ZF [27, 68, 142, 143]. Эти белки интенсивно экспрессируются на всех стадиях развития дрозофилы, особенно на эмбриональной. Мутации, инактивирующие гены pita и zw5, вызывают раннюю эмбриональную летальность, что свидетельствует о важной роли белков Pita и Zw5 в регуляции генной экспрессии [27, 144]. Впервые белок Zw5 обнаружили на промоторе гена CG31211, входящего в состав инсулятора scs [27]. Анализ полногеномного распределения белков ZIPIC, Pita и Zw5 показал, что они связываются преимущественно с промоторами генов вблизи сайтов инициации транскрипции и, подобно белку CTCF, часто колокализуются с компонентами когезинового и конденсинового комплексов [48, 145]. Благодаря ZAD-доменам белки ZIPIC, Pita и Zw5 способны формировать гомодимеры [145]. В трансгенных линиях мультиплицированные сайты связывания этих белков формируют инсуляторы, блокирующие активность энхансеров и PRE-зависимую репрессию [146].

Белок GAF участвует в функционировании инсуляторов Fab-7 из BX-C [70], SF1 из ANT-C [52], а также инсулятора, расположенного между генами myoglianin и eyeless [56]. В центральной части белка находится один ZF, связывающийся с мотивом GAGAG [147, 148]. Как и у белка Mod(mdg4)-67.2, на N-конце GAF расположен специфичный для насекомых BTB-домен, формирующий гомо- и гетеромультимеры [101, 102]. BTB-домены GAF и Mod(mdg4)-67.2 могут взаимодействовать с белками из разных транскрипционных комплексов [102, 149–151].

Изначально белок BEAF-32 идентифицирован как фактор, взаимодействующий с инсулятором scs’ [30, 152]. Для связывания с ДНК BEAF-32 использует расположенный на N-конце C2H2-подобный домен, называемый BED. На С-конце белка находится домен BESS, необходимый для тримеризации BEAF [152, 153]. Каждая субъединица комплекса BEAF связывает один мотив CGATA, в то время как тримеры BEAF с высокой аффинностью связываются с кластерами мотивов CGATA [152]. Результаты полногеномного анализа показывают, что BEAF преимущественно ассоциирован с промоторными областями активных генов и участвует в стимуляции транскрипции [154, 155].

Белки Ibf1 и Ibf2 (Insulator binding factors 1 и 2), как и BEAF-32, связываются с ДНК через домен BED и образуют гетероолигомеры [156]. Полногеномный анализ показал, что Ibf1/Ibf2 часто колокализуются с другими инсуляторными белками, прежде всего с СР190 и dCTCF.

Компоненты нового, недавно описанного инсуляторного комплекса Elba (Early boundary activity) – Elba1 и Elba2, используют для связывания с ДНК С-концевые консервативные домены BEN [57]. Третий белок, Elba3, отвечает за образование димера Elba1/Elba2, который взаимодействует со специфичными инсуляторными сайтами. Белок Elba2 экспрессируется на большинстве стадий развития, но два других компонента комплекса присутствуют только на ранней эмбриональной стадии. Elba распознает асимметричную последовательность CCAATAAG (8 п.н.), входящую в состав инсулятора Fab-7 из BX-C. С инсулятором Fab-7 связывается еще один белок, Insv (Insensitive) [157, 158]. Этот белок, как и белки Elba, содержит C-концевой домен BEN и экспрессируется преимущественно в ранних эмбрионах [158]. Комплекс Elba и белок Insv необходимы для функционирования инсулятора Fab-7 in vivo [57, 157].

Все перечисленные инсуляторные белки дрозофилы (за исключением Zw5 и комплекса Elba) взаимодействуют с белком CP190 [68, 105, 108, 125, 156, 158–162]. ДНК-связывающие инсуляторные белки рекрутируют CP190 на хроматин [68, 105, 108, 161]. В то же время белок CР190 связывается со значительной частью промоторов генов домашнего хозяйства [108, 159, 161] и участвует в создании открытого хроматина [163]. Присутствие белка СР190 на инсуляторах и промоторах говорит о возможности функциональной связи между ними.

ПРЯМОЕ УЧАСТИЕ ИНСУЛЯТОРОВ В ЭНХАНСЕР-ПРОМОТОРНЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯХ

Большая часть сайтов связывания инсуляторных белков обнаружена в промоторных областях разных генов [47, 48]. Известно, что одной из основных функций белка CTCF млекопитающих является создание активных промоторов [164]. Участие одних и тех же белков в формировании промоторных и инсуляторных комплексов согласуется с транскрипционными моделями действия инсуляторов.

В трансгенных линиях дрозофилы инсулятор gypsy полностью блокирует энхансеры гена yellow, которые изолированы им от промотора, но никак не влияет на базовую активность промотора [7]. Однако если промотор гена yellow ослаблен мутацией, то инсуляторы gypsy и 1А2 восстанавливают его активность независимо от своего положения в трансгене [165]. Как и активные промоторы, Su(Hw)-зависимые инсуляторы рекрутируют комплексы SAGA и Brahma, формирующие на регуляторных элементах области открытого хроматина [166]. Вероятно, инсуляторы Su(Hw) компенсируют частичную инактивацию промотора yellow, рекрутируя на него ремодулирующие комплексы. Следовательно, связанные с инсулятором комплексы должны находиться в непосредственной близости от промотора. Действительно, показано, что в трансгенных линиях инсуляторы способствуют дистанционным взаимодействиям между промоторами и расположенными на 3’-конце репортерных генов активаторами GAL4 [165, 167]. С помощью ChIP и 3С-анализов продемонстрировано взаимодействие между энхансером, находящимся перед промотором гена white, и инсулятором gypsy, расположенным на 3’-конце гена [168]. Вероятно, локальные взаимодействия между регуляторными элементами обеспечиваются белками, которые одновременно связываются с инсуляторами и промоторами [47, 48, 160, 169]. Показано, что белки СР190, Chromator и BEAF-32 могут обеспечивать дистанционные взаимодействия между участками хроматина [107]. Можно предположить, что основная функция эндогенных инсуляторов, найденных с 3’-стороны генов yellow и white [45, 46, 55], – повышение активности промоторов этих генов.

Все остальные инсуляторы гораздо слабее блокируют энхансеры гена yellow, чем инсулятор gypsy [55, 64, 68, 170]. С другой стороны, инсулятор gypsy, встроенный в трансгенах между энхансером и промотором гена white, только незначительно ослабляет экспрессию white в глазах мух [168]. Интересно, что С-концевой домен белка Su(Hw) отвечает одновременно за блокирование энхансеров гена yellow и за репрессию промоторов генов ЦНС в гонадах самок [171]. При этом сайты связывания Su(Hw) находятся непосредственно в промоторах генов ЦНС [98]. Скорее всего, репрессия обусловлена рекрутированием специфичного для герминальной ткани репрессорного комплекса, так как в глазах репрессия не наблюдается [28].

В отсутствие белка Mod(mdg4)-67.2 инсулятор gypsy превращается в репрессор промотора гена yellow [83, 95, 110]. Стоит отметить, что белок Mod(mdg4)-67.2 рекрутируется в инсуляторный комплекс через C-концевой домен Su(Hw), отвечающий за инсуляцию/репрессию. Репрессию в локусе yellow можно объяснить увеличением эффективности связывания репрессорного комплекса с C-концевым доменом Su(Hw) в отсутствие белка Mod(mdg4)-67.2. Показано, что gypsy-зависимая репрессия осуществляется через ту же предпромоторную последовательность гена yellow, которая необходима для дистанционных энхансер-промоторных взаимодействий [172]. Возможно, репрессорный Su(Hw)-зависимый комплекс взаимодействует с ТФ промотора, обеспечивающими коммуникацию с энхансерами.

Приведенные нами экспериментальные данные подтверждают модель, согласно которой инсуляторы динамично взаимодействуют с энхансерами и промоторами. Когда инсулятор встраивается между энхансером и промотором, взаимодействие инсуляторного комплекса с ТФ промотора или энхансера препятствует эффективному взаимодействию между ними. Например, показано, что белок Mod(mdg4)-67.2 взаимодействует с белком Zeste. Белок Zeste связывается с энхансером и промотором гена white и обеспечивает коммуникацию между ними [173, 174]. Взаимодействие между Mod(mdg4)-67 и Zeste может мешать формированию правильных энхансер-промоторных контактов и приводить к снижению транскрипции. Если же инсулятор привлекает в область промотора репрессорные комплексы, то активность энхансеров блокируется полностью.

Белок CTCF позвоночных часто формирует хроматиновые петли, взаимодействуя с активными промоторами [175, 176]. CTCF непосредственно взаимодействует с TAF3 и TFII-I, компонентами промоторного комплекса TFIID [177, 178]. Следовательно, CTCF-промоторные взаимодействия могут препятствовать формированию энхансер-промоторных контактов. В локусе Igf2/H19 млекопитающих гены расположены так, что ген H19 в материнском аллеле и ген Igf2 в отцовском аллеле активируются общими дистальными энхансерами [75]. В материнском аллеле активируется ген H19, а в отцовском – ген Igf2. Взаимодействие между общими энхансерами и промоторами генов регулируется локализованным в ICR (imprinting control region) СTCF-зависимым инсулятором. С помощью метода 3С показано, что в материнском аллеле белок CTCF обеспечивает прямое взаимодействие между инсулятором и промотором Igf2, которое блокирует активацию Igf2 дистальными энхансерами [179–181]. Интересно, что белок CTCF привлекает на промотор Igf2 репрессирующий транскрипцию комплекс PRC2 (Polycomb repressive complex 2) [181].

РОЛЬ ХРОМАТИНОВЫХ ПЕТЕЛЬ В БЛОКИРОВАНИИ ЭНХАНСЕРОВ

Структурные модели действия инсуляторов постулируют, что хроматиновые петли и ТАДы блокируют взаимодействия между регуляторными элементами из соседних доменов [85, 182, 183]. Однако способность хроматиновых петель полностью блокировать энхансер-промоторные взаимодействия не подтверждена экспериментально.

Функциональную роль сформированных инсуляторами хроматиновых петель подробно изучали на трансгенных линиях дрозофил. Было обнаружено, что два идентичных инсулятора, встроенные между энхансером и промотором, нейтрализуют активность друг друга [55, 170, 184–186]. Для объяснения этого феномена было выдвинуто предположение, что одинаковые инсуляторы более эффективно взаимодействуют между собой, чем с энхансером или промотором. Поэтому они не препятствуют энхансер-промоторному взаимодействию и даже способствуют коммуникации между регуляторными элементами на больших дистанциях. Эта модель подтверждалась экспериментами, в которых между энхансером и промотором репортерного гена располагался другой ген, окруженный инсуляторами [59, 186–188]. Эффективная энхансер-зависимая активация репортерного гена наблюдалась только в присутствии инсуляторов. Следовательно, образованная парой идентичных инсуляторов хроматиновая петля сближала энхансер и промотор (рис. 5А). Аналогичные результаты были получены на линиях, в которых энхансер замещали репрессирующим транскрипцию PRE [189]. Ген, расположенный между двумя инсуляторами gypsy, был защищен от PRE-зависимой репрессии. В то же время взаимодействие между инсуляторами приближало PRE ко второму гену, что приводило к его репрессии. Физическое взаимодействие между инсуляторами и сближение PRE со вторым репортерным геном были подтверждены методом 3С [190].

 

Рис. 5. Моделирование хроматиновых петель в трансгенных линиях дрозофил. А – образованная идентичными инсуляторами петля приближает энхансер к промотору. Б – тесная петля между двумя инсуляторами блокирует заключенный в ней энхансер. В – увеличение дистанции между инсуляторами, окружающими энхансер, нейтрализует инсуляцию. Г – формируемые тремя инсуляторами петли не препятствуют активации транскрипции репортерного гена. Д – взаимная ориентация инсуляторов (указана стрелками) определяет конфигурацию хроматиновой петли и, как следствие, возможность активации транскрипции. Обозначения: G4 – дрожжевой активатор GAL4; остальные обозначения, как на рис. 2

 

Взаимная нейтрализация двух идентичных инсуляторов позволяет изучить непосредственную роль формируемой ими хроматиновой петли в блокировании энхансер-промоторных контактов. Как упоминалось выше, встраивание одной копии инсулятора gypsy между энхансером и промотором гена white лишь незначительно ослабляет акивность энхансера [168]. Однако окружение энхансера парой инсуляторов gypsy полностью инактивирует его. Этот результат предполагает, что формирование небольшой хроматиновой петли, содержащей энхансер, топологически или стерически препятствует продуктивному взаимодействию между энхансером и промотором гена white (рис. 5Б). В то же время в трансгенных линиях одна копия инсулятора gypsy полностью блокирует энхансеры, активирующие экспрессию гена yellow в теле и крыльях [170, 191]. Оказалось, что интеграция второй копии инсулятора gypsy перед энхансерами на расстоянии около 8 т.п.н. от первого приводит к восстановлению экспрессии yellow. Таким образом, формирование хроматиновой петли размером 8 т.п.н. нейтрализует инсуляцию (рис. 5В). Когда расстояние между окружающими энхансеры yellow инсуляторами уменьшалось до 2 т.п.н., инсуляция полностью восстанавливалась. Следовательно, только небольшие петли хроматина, включающие энхансер, способны полностью блокировать его активность. В ситуациях in vivo размеры хроматиновых петель намного больше 2–3 т.п.н., что предполагает возможность взаимодействия между регуляторными элементами, расположенными в соседних или удаленных друг от друга петлях.

Тестирование линий с тремя копиями инсуляторов Su(Hw), встроенных в различных комбинациях между энхансерами и двумя репортерными генами, показало, что все три копии взаимодействовали между собой [170, 191]. При этом формирование хроматиновой петли вокруг энхансера или репортерного гена не приводило к инсуляции. Этот результат еще раз подтверждает, что хроматиновые петли не играют ключевой роли в блокировании энхансер-промоторных взаимодействий (рис. 5Г).

В трансгенных линиях пары некоторых инсуляторов, например gypsy, Mcp и Fab-7, способны взаимодействовать на сверхдальних расстояниях, достигающих сотен тысяч пар нуклеотидов [192, 193]. На границах локуса eve, экпрессирующего ТФ pair-rule, вовлеченный в эмбриональное развитие, обнаружены инсуляторы Homie и Nhomie [194]. Эти инсуляторы эффективно взаимодействуют между собой в трансгенных линиях и могут поддерживать сверхдальние взаимодействия между энхансерами и промотором локуса еvе в геноме [194, 195].

Для объяснения механизма взаимодействия между инсуляторами на сверхдальних расстояниях предложена модель, согласно которой инсуляторы состоят из сайтов связывания нескольких белков, каждый из которых способен эффективно гомодимеризоваться [16]. Действительно, граница Mcp из BX-C содержит сайты связывания белков Pita, dCTCF и еще двух неизвестных инсуляторных белков [143, 196]. Граница Fab-7 включает сайты связывания GAF, Pita, Insv, Elba, комплекса LBC и нескольких неизвестных белков [57, 143, 157, 197, 198]. В трансгенных линиях парные сайты связывания белков Pita, ZIPIC, Zw5, dCTCF и Su(Hw) обеспечивают дистанционные взаимодействия между репортерным геном и дрожжевым активатором GAL4 [145, 146, 193]. Однако любые комбинации сайтов связывания разных белков приводят к потере взаимодействий между инсуляторами, что подтверждает роль гомодимеризации белков в организации дистанционных взаимодействий.

Кроме того, топология хроматиновых петель определяется взаимной ориентацией двух идентичных инсуляторов. Это было продемонстрировано на трансгенных линиях, где GAL4 не мог активировать транскрипцию находящегося на большом расстоянии гена white [146]. Идентичные инсуляторы, помещенные в непосредственной близости от GAL4 и промотора white, формировали петли двух различных конфигураций (рис. 5Д). Если инсуляторы находились в противоположной ориентации, то GAL4 активировал промотор гена white. Если же инсуляторы были сонаправленными, то формирующаяся петля полностью изолировала GAL4 от промотора. Аналогичные результаты были получены при замене активатора GAL4 на энхансер [28, 187]. Также взаимная ориентация двух инсуляторов gypsy влияла на Flp-зависимую рекомбинацию между сайтами FRT [199]. Противоположно ориентированные инсуляторы, расположенные между сайтами FRT, способствовали рекомбинации, а сонаправленные, наоборот, подавляли ее. Скорее всего, гомодимеризация нескольких белков, связанных с идентичными инсуляторами, определяет направление взаимодействия между ними. Топология получившейся в результате петли хроматина регулирует взаимодействия между элементами, расположенными в непосредственной близости от инсуляторов.

СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ОБ ОРГАНИЗАЦИИ ХРОМОСОМ В ТОПОЛОГИЧЕСКИ АССОЦИИРОВАННЫЕ ДОМЕНЫ

Хромосомы всех высших эукариот организованы в ТАДы. Размеры и способы формирования этих доменов значительно отличаются у разных животных [91, 200, 201]. Формирование ТАДов определяется частотой взаимодействия различных участков хроматина: внутри доменов частота взаимодействий выше, чем между ними. Находящиеся внутри ТАДов инсуляторы могут формировать локальные хроматиновые петли, регулируя энхансер-промоторные взаимодействия (рис. 6).

 

Рис. 6. Уровни организации хроматина в ядре. А – хромосомы внутри ядра занимают определенные территории (красный, зеленый и синий фон). Б – каждая хромосома формирует ТАДы, которые, в зависимости от активного/неактивного состояния хроматина, входят в определенный компартмент ядра. В – ТАДы способствуют сближению регуляторных элементов, находящихся внутри них, и обеспечивают синхронную экспрессию генов. Архитектурные белки способны динамично ограничивать формирующиеся ТАДы. Г – инсуляторы внутри ТАДа могут формировать локальные хроматиновые петли, способствующие специфичным энхансер-промоторным взаимодействиям. Обозначения: ТФ – транскрипционные факторы, остальные обозначения, как на рис. 2

 

Центральную роль в организации ТАДов у млекопитающих играют белок CTCF и взаимодействующий с ним когезиновый комплекс. Белок СTCF совместно с когезиновым комплексом локализуется примерно на 90% границ ТАДов [89, 90]. Когезиновый комплекс, состоящий из четырех субъединиц (SMC1, SMC3 и RAD21, SCC1), формирует кольцеподобную структуру вокруг двух молекул ДНК [202]. Считается, что когезиновый комплекс способен выпетливать хроматин, пропуская его через свою кольцеподобную структуру (рис. 7А). Скользя по хроматину, когезиновый комплекс образует петли, ограничителями которых являются инвертированные относительно друг друга сайты связывания белка CTCF [203–205]. Инактивация CTCF или компонентов когезинового комплекса разрушает большую часть ТАДов, что согласуется с описанной моделью [164, 206, 207]. Слабым местом этой модели является отсутствие экспериментальных данных, подтверждающих способность когезинового комплекса выпетливать хроматин in vivo [208].

 

Рис. 7. Механизм формирования ТАДов у позвоночных и дрозофилы. А – формирование петли когезиновым комплексом. Когезиновый комплекс (красное кольцо) привлекается на хроматин белком NIPBL и, скользя по хроматину, выпетливает его. Выпетливание хроматина тормозится инвертированными сайтами связывания белка CTCF (обозначены стрелками). Треугольники обозначают соседние ТАДы, разделенные сайтами CTCF. Оранжевый ромб на вершине ТАДа обозначает высокую частоту взаимодействия CTCF-связывающих районов. Б – у дрозофилы активный и неактивный хроматин локализованы в разных компартментах ядра. Неактивный хроматин (зеленый прямоугольник) ограничен районами с активной транскрипцией (желтые прямоугольники). Взаимодействие активно транскрибирующихся районов (показано стрелками) формирует ТАД. Желтый ромб на вершине ТАДа обозначает наибольшую частоту взаимодействия участков активного хроматина

 

У млекопитающих роль CТСF-связывающих сайтов в формировании границы ТАДов изучали на Hox-генах мыши [209]. Гены HoxA и HoxC располагаются в соседних ТАДах и транскрибируются независимо. Делеция района связывания СTCF между этими ТАДами разрушала их границы, что приводило к изменению паттернов экспрессии генов и в результате к гомеозисной трансформации скелета [210]. В отличие от HoxA и HoxC ген HoxD локализован между двух ТАДов, каждый из которых содержит энхансеры, отвечающие за работу HoxD в определенном типе ткани. Однако в этом случае делеция CTCF-связывающих сайтов в гене HoxD не разрушала границу ТАДов и минимально влияла на паттерн экспрессии гена. Граница ТАДов разрушалась и паттерн экспрессии HoxD менялся только при очень значительной делеции, затрагивающей структуру регуляторных районов гена. Эти данные свидетельствуют о возможном участии дополнительных ТФ, кроме CTCF и когезинового комплекса, в формировании границ ТАДов.

У дрозофилы, в отличие от позвоночных, dCTCF и когезиновый комплекс не являются ключевыми факторами формирования ТАДов. Формирующиеся ТАДы хорошо соответствуют эпигенетическим маркерам и подразделяются на классы, соответствующие специфике хроматина: 1) активные – активно транскрибируются, обогащены модификациями гистонов H3K4me3 и H3K36me3; 2) Polycomb-зависимые обогащены гистоновой модификацией H3K27me3 и белками группы Polycomb; 3) «безмаркерные», или «нулевые», – не имеющие известных специфических гистоновых маркеров; 4) гетерохроматиновые – обогащены маркером H3K9me2 и белками HP1 и Su(var)3-9 [91]. Районы хроматина, разделяющие ТАДы, насыщены генами с высоким уровнем транскрипции [211–213]. Они активно взаимодействуют между собой, формируя петли хроматина. При этом отсутствуют четко выраженные точки образования ТАДов, такие, как инвертированные сайты CTCF у млекопитающих [211].

Таким образом, у дрозофилы границы ТАДов определяются скорее активным состоянием и свойствами хроматина, чем сайтами связывания конкретного белка [213] (рис. 7Б). Инсуляторные белки dCTCF, CP190, Chromator, Z4 и BEAF-32, связывающиеся с промоторами генов домашнего хозяйства, часто присутствуют на границах ТАДов [201, 211, 212, 214]. Однако роль этих белков в формировании границ ТАДов пока не ясна.

Недавние исследования архитектуры хроматина в индивидуальных клетках млекопитающих выявили высокую гетерогенность локализации границ ТАДов [215–218]. При этом участки ДНК внутри ТАДов взаимодействуют в среднем только в 2–3 раза чаще, чем участки ДНК из соседних ТАДов [89]. Трансграничные взаимодействия были подтверждены с помощью FISH-анализа [219, 220]. Эти результаты согласуются с интенсивной динамикой связывания/диссоциации белка CTCF, который находится на хроматине примерно 2 мин [221]. Таким образом, формирование ТАДов представляет собой динамичный процесс, а границы ТАДов не являются жестким барьером, ограничивающим энхансер-промоторные взаимодействия.

РОЛЬ ИНСУЛЯТОРОВ И ТАДов В РЕГУЛЯЦИИ ТРАНСКРИПЦИИ

Инсуляторы дрозофилы играют значительную роль в обеспечении специфичных дистанционных цис-регуляторных взаимодействий, что хорошо продемонстрировано на примере BX-C [222]. Гомеозисные гены Ubx, Abd-A и Abd-B, входящие в BX-C, отвечают за формирование третьего грудного и всех абдоминальных сегментов мухи, определяя ось ее развития от головы к брюшку. BX-C разделен на девять регуляторных доменов (iab 1–9), каждый из которых активирует специфичную транскрипцию одного из трех гомеозисных генов в определенном сегменте (рис. 8). В составе BX-C выделяют два ТАДа, общая граница которых совпадает с инсулятором Fub, расположенным между регуляторными областями генов Ubx и Abd-A [217] (рис. 8). Наиболее исследованы инсуляторы Мср, Fab-6, Fab-7 и Fab-8. Они определяют границы доменов iab-5, iab-6 и iab-7, контролирующих уровень экспрессии Abd-B в брюшных сегментах A5, A6 и A7 [222, 223]. Вся регуляторная область гена Abd-B локализована внутри одного ТАДа. В сегменте А5 энхансеры iab-5 активны, в то время как энхансеры iab-6 и iab-7 находятся в неактивном состоянии. В следующем сегменте А6 функционируют энхансеры iab-6, сильнее активирующие экспрессию Abd-B. В сегменте А7 работают еще более сильные энхансеры iab-7. Таким образом, в каждом последующем сегменте экспрессия Abd-B усиливается, что определяет правильное развитие каждого брюшного сегмента. Взаимодействия между соседними регуляторными доменами блокируются инсуляторами. Например, при делеции инсулятора Fab-6 наблюдается преждевременная активность энхансеров iab-6 в сегменте А5.

 

Рис. 8. Схематичное изображение BX-C. Карта и координаты BX-C взяты из ресурса FlyBase (R6.04). Разноцветные прямоугольники обозначают эмбриональные парасигменты (PS), соответствующие сегментам имаго. Регуляторные районы, контролирующие экспрессию генов Ubx, Abd-A и Abd-B (горизонтальные стрелки) в каждом PS обозначены верхними скобками. Регуляторные районы организованы в три транскрипционно ассоциированных района, обозначенные нижними скобками. Паттерн экспрессии каждого гена и уровень его экспрессии представлены в виде цветной шкалы, причем, чем темнее цвет, тем выше уровень экспрессии. Инсуляторы BX-C обозначены стрелками: красными – CTCF-зависимые, синими – не зависимые от CTCF [223]. Карта распределения ТАДов и некоторых инсуляторных/архитектурных белков в BX-C построена с помощью ресурса Chorogtnome Navigator dm3 [212]

 

Генное редактирование in vivo позволило детально изучить структуру и функции инсуляторов на границах BX-C. Оказалось, что инсуляторы состоят из двух модулей, один из которых блокирует коммуникацию между соседними регуляторными доменами (инсуляторный модуль), а второй обеспечивает специфичное взаимодействие между инсулятором и промотором гена Abd-B (коммуникаторный модуль) [224, 225]. В локальной инсуляции регуляторных элементов, находящихся в соседних доменах, участвуют белки Su(Hw), Pita и dCTCF, а также взаимодействующий с ними белок CP190 [143, 196, 226] (рис. 8). Инсуляторный модуль может состоять из любой комбинации сайтов связывания этих белков, но количество сайтов не должно быть меньше четырех. Коммуникаторный модуль всех инсуляторов содержит сайты связывания малоизученного комплекса LBC, включающего белки GAF и CLAMP [198, 224]. Коммуникаторные модули взаимодействуют с предпромоторной областью гена Abd-B и формируют хроматиновые петли, обеспечивающие специфичные контакты между энхансерами iab и промотором Abd-B. В эмбриональных клеточных популяциях найдены субТАДы, которые соответствуют отдельным iab-доменам [217]. Формирование субТАДов коррелирует с активацией iab-доменов, что, вероятно, отражает взаимодействия активных доменов с промотором Abd-B. Этот факт подтверждает, что у дрозофилы формирование ТАДов происходит за счет взаимодействия участков активного хроматина, в то время как инсуляторные белки стабилизируют границы сформированных доменов.

Формирование/разрушение ТАДов может лишь минимально влиять на экспрессию генов [164, 206, 227]. Например, в комплексе гомеозисных генов ANT-C границы ТАДа определяют два инсулятора, SF1 и SF2 [53, 228] (рис. 9А). Делеция инсулятора SF1 разрушает ТАД, что никак не влияет на экспрессию расположенного внутри ТАДа гена fushi-tarazu (ftz). Интересно, что при этом снижается транскрипция соседнего с ТАДом гена Scr [229] (рис. 9Б). В ранних эмбрионах находящийся с одной стороны от ТАДа ген Scr активируется, непосредственно взаимодействуя с энхансером T1, находящимся с другой стороны ТАДа [230] (рис. 9А). Таким образом, взаимодействующие инсуляторы SF1 и SF2 на границах ТАДа сближают энхансер Т1 и ген Scr. Эта ситуация полностью реализует разработанную на трансгенных линиях модель, согласно которой выпетливание хроматина между дистанцированными инсуляторами способствует энхансер-промоторному взаимодействию и активации транскрипции.

 

Рис. 9. Влияние инсуляторов SF1 и SF2 на формирование ТАДа и транскрипцию в ANT-C. A – границы ТАДа, включающего ген ftz, определяются инсуляторами SF1 и SF2. Взаимодействующие инсуляторы формируют петлю, сближающую энхансер Т1 с промотором гена Scr. Энхансер Т1 активирует транскрипцию Scr. Б – делеция инсулятора SF1 (показана скобкой) разрушает ТАД, что не влияет на экспрессию гена ftz. Однако энхансер Т1 не активирует транскрипцию Scr, так как петля между инсуляторами не формируется. Все обозначения, как на рис. 2

 

Также, влияние границ ТАДов на транскрипцию изучали точно делетируя различные сайты связывания CTCF в локусе Sox9–Kcnj2 мыши [231]. В этом локусе локализованы два ТАДа, разделенные границей, содержащей инвертированные CTCF-связывающие сайты (рис. 10А). Также внутри каждого ТАДа присутствуют несколько дополнительных сайтов CTCF. Гены Sox9 и Kcnj2 активируются специфичными энхансерами и имеют разные паттерны экспрессии. Делеция сайтов СTCF на границе между Sox9 и Kcnj2 не приводила к слиянию ТАДов (рис. 10Б). Образование единого ТАДа наблюдалось только при дополнительном вырезании внутренних сайтов CTCF (рис. 10В). Примечательно, что при слиянии ТАДов энхансеры не активировали неспецифичный ген, и экспрессия генов Sox9 и Kcnj2 практически не изменялась. Вероятно, высокая специ­фичность энхансер-промоторных взаимодействий не позволяла когезиновому комплексу формировать новые контакты между регуляторными элементами в общем локусе Sox9–Kcnj2. Таким образом, граница между ТАДами не участвовала в организации специфичных энхансер-промоторных взаимодействий. При инверсии, перемещающей границу ТАДов в позицию между энхансерами Sox9 и его промотором, формировались два новых домена (рис. 10Г). В этом случае граница ТАДов оказывала критичное влияние на транскрипцию. Изолированные от промотора энхансеры Sox9 не могли активировать специфичный ген, но активировали Kcnj2, что приводило к летальному эффекту.

 

Рис. 10. Влияние ТАДов на экспрессию локусов Kcnj2 и Sox9. А – нормальная экспрессия генов Kcnj2 и Sox9. Образуются два отдельных ТАДа, граница (Гр) между которыми колокализуется с инвертированными сайтами связывания белка CTCF. Б – делеция CTCF-связывающих сайтов на границе ТАДов не разрушает их и не влияет на паттерны экспрессии генов. В – одновременная делеция граничных и внутренних сайтов CTCF приводит к слиянию ТАДов, но не влияет на экспрессию генов. Г – перемещение границы ТАДов приводит к неправильной экспрессии генов. Обозначения: синие стрелки – сайты связывания CTCF; паттерны экспрессии генов Kcnj2 и Sox9 в эмбрионе обозначены желтым и зеленым соответственно; направление действия энхансеров указано стрелками; остальные обозначения, как на рис. 2 и 9

 

Перечисленные примеры позволяют сделать вывод, что организация хромосом в топологические структуры и специфичные энхансер-промоторные взаимодействия – два различных и часто независимых уровня регуляции транскрипции. Только в некоторых случаях границы ТАДов функционируют как инсуляторы, регулирующие взаимодействия между энхансерами и промоторами.

Корреляцию между экспрессией генов и нарушениями в архитектуре хроматина изучали также на линиях дрозофил, несущих хромосомы с множественными инверсиями и делециями [232]. Оказалось, что значительные изменения в организации ТАДов лишь слабо влияют на транскрипцию генов. Эти данные еще раз говорят о второстепенной роли ТАДов в регуляции экспрессии генов высших эукариот.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящее время становится очевидным, что ТАДы формируют архитектуру хромосом, но не являются транскрипционными доменами, регулирующими генную экспрессию. У дрозофилы большинство границ ТАДов сформировано промоторами активно транскрибирующихся генов. В некоторых случаях границы ТАДов совпадают с инсуляторами. Интересно, что многие белки, связывающиеся с инсуляторами, также входят в состав комплексов, собирающихся на промоторах. Инсуляторы являются многофункциональными регуляторными элементами. Они обеспечивают специфичность энхансер-промоторных взаимодействий, формируют границы между активным и неактивным хроматином, создают области открытого доступного для ТФ хроматина. Экспериментальные данные демонстрируют, что инсуляторы блокируют активность энхансеров, непосредственно взаимодействуя с энхансерами или промоторами. Сформированные инсуляторами хроматиновые петли играют в инсуляции лишь вспомогательную роль. Вопрос о том, как устанавливаются и регулируются дистанционные взаимодействия между энхансерами, сайленсерами, промоторами и инсуляторами, пока еще остается открытым. Несомненно, что значительную роль в этом процессе играют инсуляторные белки. Однако механизм их действия нуждается в дальнейшем изучении.

×

Об авторах

Л. С. Мельникова

Институт биологии гена РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: lsm73@mail.ru
Россия, Москва

П. Г. Георгиев

Институт биологии гена РАН

Email: lsm73@mail.ru
Россия, Москва

А. К. Головнин

Институт биологии гена РАН

Email: lsm73@mail.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Field A., Adelman K. // Annu. Rev. Biochem. 2020. V. 89. P. 213–234.
  2. Klemm S.L., Shipony Z., Greenleaf W.J. // Nat. Rev. Genet. 2019. V. 20. № 4. P. 207–220.
  3. Schoenfelder S., Fraser P. // Nat. Rev. Genet. 2019. V. 20. № 8. P. 437–455.
  4. Frankel N., Davis G.K., Vargas D., Wang S., Payre F., Stern D.L. // Nature. 2010. V. 466. № 7305. P. 490–493.
  5. Lettice L.A., Williamson I., Devenney P.S., Kilanowski F., Dorin J., Hill R.E. // Development. 2014. V. 141. № 8. P. 1715–1725.
  6. Benyajati C., Worcel A. // Cell. 1976. V. 9. № 3. P. 393–407.
  7. Geyer P.K., Corces V.G. // Genes Dev. 1992. V. 6. № 10. P. 1865–1873.
  8. Kellum R., Schedl P. // Cell. 1991. V. 64. № 5. P. 941–950.
  9. Kellum R., Schedl P. // Mol. Cell. Biol. 1992. V. 12. № 5. P. 2424–2431.
  10. Phillips J.E., Corces V.G. // Cell. 2009. V. 137. № 7. P. 1194–1211.
  11. Wallace J.A., Felsenfeld G. // Curr. Opin. Genet. Dev. 2007. V. 17(5). P. 400–407.
  12. Ali T., Renkawitz R., Bartkuhn M. // Curr. Opin. Genet. Dev. 2016. V. 37. P. 17–26.
  13. Chetverina D., Fujioka M., Erokhin M., Georgiev P., Jaynes J.B., Schedl P. // Bioessays. 2017. V. 39. № 3. doi: 10.1002/bies.201600233.
  14. Ghirlando R., Felsenfeld G. // Genes Dev. 2016. V. 30. № 8. P. 881–891.
  15. Hnisz D., Day D.S., Young R.A. // Cell. 2016. V. 167. № 5. P. 1188–1200.
  16. Kyrchanova O., Georgiev P. // FEBS Lett. 2014. V. 588. № 1. P. 8–14.
  17. Matzat L.H., Lei E.P. // Biochim. Biophys. Acta. 2014. V. 1839. № 3. P. 203–214.
  18. Chen D., Lei E.P. // Curr. Opin. Cell. Biol. 2019. V. 58. P. 61–68.
  19. Spradling A.C., Stern D.M., Kiss I., Roote J., Laverty T., Rubin G.M. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1995. V. 92. № 24. P. 10824–10830.
  20. Carlson C.M., Largaespada D.A. // Nat. Rev. Genet. 2005. V. 6. № 7. P. 568–580.
  21. Jiang F., Doudna J.A. // Annu. Rev. Biophys. 2017. V. 46. P. 505–529.
  22. Pirrotta V., Steller H., Bozzetti M.P. // EMBO J. 1985. V. 4. № 13A. P. 3501–3508.
  23. Levis R., Hazelrigg T., Rubin G.M. // Science. 1985. V. 229. № 4713. P. 558–561.
  24. Silicheva M., Golovnin A., Pomerantseva E., Parshikov A., Georgiev P., Maksimenko O. // Nucl. Acids Res. 2010. V. 38. № 1. P. 39–47.
  25. Udvardy A., Maine E., Schedl P. // J. Mol. Biol. 1985. V. 185. № 2. P. 341–358.
  26. Kuhn E.J., Hart C.M., Geyer P.K. // Mol. Cell. Biol. 2004. V. 24. № 4. P. 1470–1480.
  27. Gaszner M., Vazquez J., Schedl P. // Genes Dev. 1999. V. 13. № 16. P. 2098–2107.
  28. Kyrchanova O., Leman D., Parshikov A., Fedotova A., Studitsky V., Maksimenko O., Georgiev P. // PLoS One. 2013. V. 8. № 4. e62690.
  29. Vazquez J., Schedl P. // EMBO J. 1994. V. 13. № 24. P. 5984–5993.
  30. Zhao K., Hart C.M., Laemmli U.K. // Cell. 1995. V. 81. № 6. P. 879–889.
  31. Modolell J., Bender W., Meselson M. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1983. V. 80. № 6. P. 1678–1682.
  32. Kim J., Shen B., Rosen C., Dorsett D. // Mol. Cell. Biol. 1996. V. 16. № 7. P. 3381–3392.
  33. Bender W., Akam M., Karch F., Beachy P.A., Peifer M., Spierer P., Lewis E.B., Hogness D.S. // Science. 1983. V. 221. № 4605. P. 23–29.
  34. Hoover K.K., Gerasimova T.I., Chien A.J., Corces V.G. // Genetics. 1992. V. 132. № 3. P. 691–697.
  35. Parkhurst S.M., Harrison D.A., Remington M.P., Spana C., Kelley R.L., Coyne R.S., Corces V.G. // Genes Dev. 1988. V. 2. № 10. P. 1205–1215.
  36. Peifer M., Bender W. // EMBO J. 1986. V. 5. № 9. P. 2293–3203.
  37. Geyer P.K., Green M.M., Corces V.G. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1988. V. 85. № 22. P. 8593–8597.
  38. Smith P.A., Corces V.G. // Genetics. 1995. V. 139. № 1. P. 215–228.
  39. Geyer P.K., Spana C., Corces V.G. // EMBO J. 1986. V. 5. № 10. P. 2657–2662.
  40. Parkhurst S.M., Corces V.G. // Mol. Cell. Biol. 1986. V. 6. № 1. P. 47–53.
  41. Mallin D.R., Myung J.S., Patton J.S., Geyer P.K. // Genetics. 1998. V. 148. № 1. P. 331–339.
  42. Sigrist C.J., Pirrotta V. // Genetics. 1997. V. 147. № 1. P. 209–221.
  43. Conte C., Dastugue B., Vaury C. // Mol. Cell. Biol. 2002. V. 22. № 6. P. 1767–1777.
  44. Brasset E., Hermant C., Jensen S., Vaury C. // Gene. 2010. V. 450. № 1. P. 25–31.
  45. Golovnin A., Biryukova I., Romanova O., Silicheva M., Parshikov A., Savitskaya E., Pirrotta V., Georgiev P. // Development. 2003. V. 130. № 14. P. 3249–3258.
  46. Parnell T.J., Viering M.M., Skjesol A., Helou C., Kuhn E.J., Geyer P.K. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2003. V. 100. № 23. P. 13436–13441.
  47. Negre N., Brown C.D., Shah P.K., Kheradpour P., Morrison C.A., Henikoff J.G., Feng X., Ahmad K., Russell S., White R.A., et al. // PLoS Genet. 2010. V. 6. № 1. e1000814.
  48. Schwartz Y.B., Linder-Basso D., Kharchenko P.V., Tolstorukov M.Y., Kim M., Li H.B., Gorchakov A.A., Minoda A., Shanower G., Alekseyenko A.A., et al. // Genome Res. 2012. V. 22. № 11. P. 2188–2198.
  49. Soshnev A.A., Ishimoto H., McAllister B.F., Li X., Wehling M.D., Kitamoto T., Geyer P.K. // Genetics. 2011. V. 189. № 2. P. 455–468.
  50. Scott K.C., Taubman A.D., Geyer P.K. // Genetics. 1999. V. 153. № 2. P. 787–798.
  51. Melnikova L., Kostyuchenko M., Parshikov A., Georgiev P., Golovnin A. // PLoS One. 2018. V. 13. № 2. e0193497.
  52. Belozerov V.E., Majumder P., Shen P.., Cai H.N. // EMBO J. 2003. V. 22. № 12. P. 3113–3121.
  53. Li M., Ma Z., Liu J.K., Roy S., Patel S.K., Lane D.C., Cai H.N. // Mol. Cell. Biol. 2015. V. 35. № 23. P. 4018–4029.
  54. Vazquez J., Schedl P. // Genetics. 2000. V. 155. № 3. P. 1297–1311.
  55. Chetverina D., Savitskaya E., Maksimenko O., Melnikova L., Zaytseva O., Parshikov A., Galkin A.V., Georgiev P. // Nucl. Acids Res. 2008. V. 36. № 3. P. 929–937.
  56. Sultana H., Verma S., Mishra R.K. // Nucl. Acids Res. 2011. V. 39. № 9. P. 3543–3557.
  57. Aoki T., Sarkeshik A., Yates J., Schedl P. // Elife. 2012. V. 1. e00171.
  58. Barges S., Mihaly J., Galloni M., Hagstrom K., Muller M., Shanower G., Schedl P., Gyurkovics H., Karch F. // Development. 2000. V. 127. № 4. P. 779–790.
  59. Gruzdeva N., Kyrchanova O., Parshikov A., Kullyev A., Georgiev P. // Mol. Cell. Biol. 2005. V. 25. № 9. P. 3682–3689.
  60. Gyurkovics H., Gausz J., Kummer J., Karch F. // EMBO J. 1990. V. 9. № 8. P. 2579–2585.
  61. Hogga I., Mihaly J., Barges S., Karch F. // Mol. Cell. 2001. V. 8. № 5. P. 1145–1151.
  62. Iampietro C., Cleard F., Gyurkovics H., Maeda R.K., Karch F. // Development. 2008. V. 135. № 24. P. 3983–3987.
  63. Iampietro C., Gummalla M., Mutero A., Karch F., Maeda R.K. // PLoS Genet. 2010. V. 6. № 12. e1001260.
  64. Rodin S., Kyrchanova O., Pomerantseva E., Parshikov A., Georgiev P. // Genetics. 2007. V. 177. № 1. P. 113–121.
  65. Schweinsberg S.E., Schedl P. // Development. 2004. V. 131. № 19. P. 4743–4749.
  66. Ciavatta D., Rogers S., Magnuson T. // J. Mol. Biol. 2007. V. 373. № 2. P. 233–239.
  67. Hagstrom K., Muller M., Schedl P. // Genes Dev. 1996. V. 10. № 2. P. 3202–3215.
  68. Maksimenko O., Bartkuhn M., Stakhov V., Herold M., Zolotarev N., Jox T., Buxa M.K., Kirsch R., Bonchuk A., Fedotova A., et al. // Genome Res. 2015. V. 25. № 1. P. 89–99.
  69. Perez-Lluch S., Cuartero S., Azorin F., Espinas M.L. // Nucl. Acids Res. 2008. V. 36. № 21. P. 6926–6933.
  70. Schweinsberg S., Hagstrom K., Gohl D., Schedl P., Kumar R.P., Mishra R., Karch F. // Genetics. 2004. V. 168. № 3. P. 1371–1384.
  71. Zhou J., Barolo S., Szymanski P., Levine M. // Genes Dev. 1996. V. 10. № 24. P. 3195–3201.
  72. Chung J.H., Whiteley M., Felsenfeld G. // Cell. 1993. V. 74. № 3. P. 505–514.
  73. Bell A.C., West A.G., Felsenfeld G. // Cell. 1999. V. 98. № 3. P. 387–396.
  74. Arzate-Mejia R.G., Recillas-Targa F., Corces V.G. // Development. 2018. V. 145. № 6.
  75. Herold M., Bartkuhn M., Renkawitz R. // Development. 2012. V. 139. № 6. P. 1045–1057.
  76. Bell A.C., Felsenfeld G. // Nature. 2000. V. 405. № 6785. P. 482–485.
  77. Hark A.T., Schoenherr C.J., Katz D.J., Ingram R.S., Levorse J.M., Tilghman S.M. // Nature. 2000. V. 405. № 6785. P. 486–489.
  78. Kanduri C., Pant V., Loukinov D., Pugacheva E., Qi C.F., Wolffe A., Ohlsson R., Lobanenkov V.V. // Curr. Biol. 2000. V. 10. № 14. P. 853–856.
  79. Dorsett D. // Curr. Opin. Genet. Dev. 1999. V. 9. № 5. P. 505–514.
  80. Geyer P.K. // Curr. Opin. Genet. Dev. 1997. V. 7. № 2. P. 242–248.
  81. Liu G., Dean A. // Biochim. Biophys. Acta Gene Regul. Mech. 2019. V. 1862. № 6. P. 625–633.
  82. Morcillo P., Rosen C., Baylies M.K., Dorsett D. // Genes Dev. 1997. V. 11. № 20. P. 2729–2740.
  83. Gause M., Morcillo P., Dorsett D. // Mol. Cell. Biol. 2001. V. 21. № 14. P. 4807–4817.
  84. Torigoi E., Bennani-Baiti I.M., Rosen C., Gonzalez K., Morcillo P., Ptashne M., Dorsett D. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2000. V. 97. № 6. P. 2686–2691.
  85. Gerasimova T.I., Corces V.G. // Annu. Rev. Genet. 2001. V. 35. P. 193–208.
  86. Gerasimova T.I., Byrd K., Corces V.G. // Mol. Cell. 2000. V. 6. № 5. P. 1025–1035.
  87. Valenzuela L., Kamakaka R.T. // Annu. Rev. Genet. 2006. V. 40. P. 107–138.
  88. Boettiger A., Murphy S. // Trends Genet. 2020. V. 36. № 4. P. 273–287.
  89. Chang L.H., Ghosh S., Noordermeer D. // J. Mol. Biol. 2020. V. 432. № 3. P. 643–652.
  90. Sikorska N., Sexton T. // J. Mol. Biol. 2020. V. 432. № 3. P. 653–664.
  91. Szabo Q., Bantignies F., Cavalli G. // Sci. Adv. 2019. V. 5. № 4. eaaw1668.
  92. Harrison D.A., Gdula D.A., Coyne R.S., Corces V.G. // Genes Dev. 1993. V. 7. № 10. P. 1966–1978.
  93. Baxley R.M., Bullard J.D., Klein M.W., Fell A.G., Morales-Rosado J.A., Duan T., Geyer P.K. // Nucl. Acids Res. 2017. V. 45. № 8. P. 4463–4478.
  94. Soshnev A.A., He B., Baxley R.M., Jiang N., Hart C.M., Tan K., Geyer P.K. // Nucl. Acids Res. 2012. V. 40. № 12. P. 5415–5431.
  95. Georgiev P., Kozycina M. // Genetics. 1996. V. 142. № 2. P. 425–436.
  96. Duan T., Geyer P.K. // Genetics. 2018. V. 209. № 3. P. 757–772.
  97. Melnikova L., Elizar’ev P., Erokhin M., Molodina V., Chetverina D., Kostyuchenko M., Georgiev P., Golovnin A. // Sci. Rep. 2019. V. 9. P. 5314.
  98. Soshnev A.A., Baxley R.M., Manak J.R., Tan K., Geyer P.K. // Development. 2013. V. 140. № 17. P. 3613–3623.
  99. Buchner K., Roth P., Schotta G., Krauss V., Saumweber H., Reuter G., Dorn R. // Genetics. 2000. V. 155. № 1. P. 141–157.
  100. Gerasimova T.I., Gdula D.A., Gerasimov D.V., Simonova O., Corces V.G. // Cell. 1995. V. 82. № 4. P. 587–597.
  101. Zollman S., Godt D., Prive G.G., Couderc J.L., Laski F.A. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1994. V. 91. № 22. P. 10717–10721.
  102. Bonchuk A., Denisov S., Georgiev P., Maksimenko O. // J. Mol. Biol. 2011. V. 412. № 3. P. 423–436.
  103. Ghosh D., Gerasimova T.I., Corces V.G. // EMBO J. 2001. V. 20. № 10. P. 2518–2527.
  104. Melnikova L., Kostyuchenko M., Molodina V., Parshikov A.., Georgiev P., Golovnin A. // Open Biol. 2017. V. 7. № 10. P. 170150.
  105. Oliver D., Sheehan B., South H., Akbari O., Pai C.Y. // BMC Cell Biol. 2010. V. 11. P. 101.
  106. Plevock K.M., Galletta B.J., Slep K.C., Rusan N.M. // PLoS One. 2015. V. 10. № 12. e0144174.
  107. Vogelmann J., Le Gall A., Dejardin S., Allemand F., Gamot A., Labesse G., Cuvier O., Negre N., Cohen-Gonsaud M., Margeat E., et al. // PLoS Genet. 2014. V. 10. № 8. P. e1004544.
  108. Pai C.Y., Lei E.P., Ghosh D., Corces V.G. // Mol. Cell. 2004. V. 16. № 5. P. 737–748.
  109. Melnikova L., Kostyuchenko M., Molodina V., Parshikov A., Georgiev P., Golovnin A. // Chromosoma. 2018. V. 127. № 1. P. 59–71.
  110. Golovnin A., Mazur A., Kopantseva M., Kurshakova M., Gulak P.V., Gilmore B., Whitfield W.G., Geyer P., Pirrotta V., Georgiev P. // Mol. Cell. Biol. 2007. V. 27. № 3. P. 963–974.
  111. Nègre N., Brown C.D., Ma L., Bristow C.A., Miller S.W., Wagner U., Kheradpour P., Eaton M.L., Loriaux P., Sealfon R., et al. // Nature. 2011. V. 471. № 7339. P. 527–531.
  112. Alekseyenko A.A., Gorchakov A.A., Zee B.M., Fuchs S.M., Kharchenko P.V., Kuroda M.I. // Genes Dev. 2014. V. 28. № 13. P. 1445–1460.
  113. Caron C., Pivot-Pajot C., van Grunsven L.A., Col E., Lestrat C., Rousseaux S., Khochbin S. // EMBO Rep. 2003. V. 4. № 9. P. 877–882.
  114. Lahn B.T., Tang Z.L., Zhou J., Barndt R..J, Parvinen M., Allis C.D., Page D.C. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2002. V. 99. № 13. P. 8707–8712.
  115. Melnikova L., Molodina V., Erokhin M., Georgiev P., Golovnin A. // Sci. Rep. 2019. V. 9. № 1. P. 19102.
  116. Glenn S.E., Geyer P.K. // G3 (Bethesda). 2019. V. 9. № 2. P. 345–357.
  117. Kurshakova M., Maksimenko O., Golovnin A., Pulina M., Georgieva S., Georgiev P., Krasnov A. // Mol. Cell. 2007. V. 27. № 2. P. 332–338.
  118. Maksimenko O., Kyrchanova O., Bonchuk A., Stakhov V., Parshikov A., Georgiev P. // Epigenetics. 2014. V. 9. № 9. P. 1261–1270.
  119. King M.R., Matzat L.H., Dale R.K., Lim S.J., Lei E.P. // J. Cell Sci. 2014. V. 127. № 13. P. 2956–2966.
  120. Matzat L.H., Dale R.K, Moshkovich N., Lei E.P. // PLoS Genet. 2012. V. 8. № 11. P. e1003069.
  121. Lei E.P., Corces V.G. // Nat. Genet. 2006. V. 38. № 8. P. 936–941.
  122. Golovnin A., Melnikova L., Shapovalov I., Kostyuchenko M., Georgiev P. // PLoS One. 2015. V. 10. № 10. e0140991.
  123. Golovnin A., Melnikova L., Volkov I., Kostuchenko M., Galkin A.V., Georgiev P. // EMBO Rep. 2008. V. 9. № 5. P. 440–445.
  124. Golovnin A., Volkov I., Georgiev P. // J. Cell Sci. 2012. V. 125. № 8. P. 2064–2074.
  125. Gerasimova T.I., Lei E.P., Bushey A.M., Corces V.G. // Mol. Cell. 2007. V. 28. № 5. P. 61–72.
  126. Wasser M., Chia W. // PLoS One. 2007. V. 2. № 5. e412.
  127. Melnikova L., Shapovalov I., Kostyuchenko M., Georgiev P., Golovnin A. // Chromosoma. 2017. V. 126. № 2. P. 299–311.
  128. Iuchi S. // Cell. Mol. Life Sci. 2001. V. 58. № 4. P. 625–635.
  129. Najafabadi H.S., Mnaimneh S., Schmitges F.W., Garton M., Lam K.N., Yang A., Albu M., Weirauch M.T., Radovani E., Kim P.M., et al. // Nat. Biotechnol. 2015. V. 33. № 5. P. 555–562.
  130. Razin S.V., Borunova V.V., Maksimenko O.G., Kantidze O.L. // Biochemistry (Moscow) 2012. V. 77. № 3. P. 217–226.
  131. Heger P., Marin B., Bartkuhn M., Schierenberg E., Wiehe T. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2012. V. 109. № 43. P. 17507–17512.
  132. Wendt K.S., Yoshida K., Itoh T., Bando M., Koch B., Schirghuber E., Tsutsumi, S., Nagae G., Ishihara K., Mishiro T., et al. // Nature. 2008. V. 451. № 7180. P. 796–801.
  133. Heath H., Ribeiro de Almeida C., Sleutels F., Dingjan G., van de Nobelen S., Jonkers I., Ling K.W., Gribnau J., Renkawitz R., Grosveld F., et al. // EMBO J. 2008. V. 27. № 21. P. 2839–2850.
  134. Soshnikova N., Montavon T., Leleu M., Galjart N., Duboule D. // Dev. Cell. 2010. V. 19. № 6. P. 819–830.
  135. Splinter E., Heath H., Kooren J., Palstra R.J., Klous P., Grosveld F., Galjart N., de Laat W., et al. // Genes Dev. 2006. V. 20. № 17. P. 2349–2354.
  136. Moon H., Filippova G., Loukinov D., Pugacheva E., Chen Q., Smith S.T., Munhall A., Grewe B., Bartkuhn M., Arnold R., et al. // EMBO Rep. 2005. V. 6. № 2. P. 165–170.
  137. Hashimoto H., Wang D., Horton J.R., Zhang X., Corces V.G., Cheng X. // Mol. Cell. 2017. V. 66. № 5. P. 711–720 e3.
  138. Nakahashi H., Kieffer Kwon K.R., Resch W., Vian L., Dose M., Stavreva D., Hakim O., Pruett N., Nelson S., Yamane A., et al. // Cell Rep. 2013. V. 3. № 5. P. 1678–1689.
  139. Bonchuk A., Kamalyan S., Mariasina S., Boyko K., Popov V., Maksimenko O., Georgiev P. // Sci. Rep. 2020. V. 10. № 1. P. 2677.
  140. Li Y., Haarhuis J.H.I., Sedeno Cacciatore A., Oldenkamp R., van Ruiten M.S., Willems L., Teunissen H., Muir K.W., de Wit E., Rowland B.D., et al. // Nature. 2020. V. 578. № 7795. P. 472–476.
  141. Parelho V., Hadjur S., Spivakov M., Leleu M., Sauer S, Gregson H.C., Jarmuz A., Canzonetta C., Webster Z., Nesterova T., et al. // Cell. 2008. V. 132. № 3. P. 422–433.
  142. Fedotova A.A., Bonchuk A.N., Mogila V.A., Georgiev P.G. // Acta Naturae. 2017. V. 9. № 2. P. 47–58.
  143. Kyrchanova O., Zolotarev N., Mogila V., Maksimenko O., Schedl P., Georgiev P. // Development. 2017. V. 144. № 14. P. 2663–2672.
  144. Page A.R., Kovacs A., Deak P., Torok T., Kiss I., Dario P., Bastos C., Batista P., Gomes R., Ohkura H., et al. // EMBO J. 2005. V. 24. № 24. P. 4304–4315.
  145. Zolotarev N., Fedotova A., Kyrchanova O., Bonchuk A., Penin A.A., Lando A.S., Eliseeva I.A., Kulakovskiy I.V., Maksimenko O., Georgiev P. // Nucl. Acids Res. 2016. V. 44. № 15. P. 7228–7241.
  146. Kyrchanova O., Chetverina D., Maksimenko O., Kullyev A., Georgiev P. // Nucl. Acids Res. 2008. V. 36. № 22. P. 7019–7028.
  147. Espinas M.L., Jimenez-Garcia E., Vaquero A., Canudas S., Bernues J., Azorin F. // J. Biol. Chem. 1999. V. 274. № 23. P. 16461–16469.
  148. Lu Q., Wallrath L.L., Granok H., Elgin S.C. // Mol. Cell. Biol. 1993. V. 13. № 5. P. 2802–2814.
  149. Bartoletti M., Rubin T., Chalvet F., Netter S., Dos Santos N., Poisot E., Paces-Fessy M., Cumenal D., Peronnet F., Pret A.M., et al. // PLoS One. 2012. V. 7. № 11. e49958.
  150. Melnikova L., Juge F., Gruzdeva N., Mazur A., Cavalli G., Georgiev P. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2004. V. 101. № 41. P. 14806–14811.
  151. Pagans S., Ortiz-Lombardia M., Espinas M.L., Bernues J., Azorin F. // Nucl. Acids Res. 2002. V. 30. № 20. P. 4406–4413.
  152. Hart C.M., Zhao K., Laemmli U.K. // Mol. Cell. Biol. 1997. V. 17. № 2. P. 999–1009.
  153. Gilbert M.K., Tan Y.Y., Hart C.M. // Genetics. 2006. V. 173. № 3. P. 1365–1375.
  154. Emberly E., Blattes R., Schuettengruber B., Hennion M., Jiang N., Hart C.M., Kas E., Cuvier O. // PLoS Biol. 2008. V. 6. № 12. P. 2896–2910.
  155. Jiang N., Emberly E., Cuvier O., Hart C.M. // Mol. Cell. Biol. 2009. V. 29. № 13. P. 3556–3568.
  156. Cuartero S., Fresan U., Reina O., Planet E., Espinas M.L. // EMBO J. 2014. V. 33. № 6. P. 637–647.
  157. Fedotova A., Aoki T., Rossier M., Mishra R.K., Clendinen C., Kyrchanova O., Wolle D., Bonchuk A., Maeda R.K., Mutero A., et al. // Genetics. 2018. V. 210. № 2. P. 573–585.
  158. Dai Q., Ren A., Westholm J.O., Duan H., Patel D.J., Lai E.C. // Genes Dev. 2015. V. 29. № 1. P. 48–62.
  159. Bartkuhn M., Straub T., Herold M., Herrmann M., Rathke C., Saumweber H., Gilfillan G.D., Becker P.B., Renkawitz R. // EMBO J. 2009. V. 28. № 7. P. 877–888.
  160. Bushey A.M., Ramos E., Corces V.G. // Genes Dev. 2009. V. 23. № 11. P. 1338–1350.
  161. Mohan M., Bartkuhn M., Herold M., Philippen A., Heinl N., Bardenhagen I., Leers J., White R.A., Renkawitz-Pohl R., Saumweber H., et al. // EMBO J. 2007. V. 26. № 19. P. 4203–4214.
  162. Liang J., Lacroix L., Gamot A., Cuddapah S., Queille S., Lhoumaud P., Lepetit P., Martin P.G., Vogelmann J., Court F., et al. // Mol. Cell. 2014. V. 53. № 4. P. 672–681.
  163. Ahanger S.H., Gunther K., Weth O., Bartkuhn M., Bhonde R.R., Shouche Y.S., Renkawitz R. // Sci. Rep. 2014. V. 4. P. 3917.
  164. Nora E.P., Goloborodko A., Valton A.L., Gibcus J.H., Uebersohn A., Abdennur N., Dekker J., Mirny L.A., Bruneau B.G. // Cell. 2017. V. 169. № 5. P. 930–944 e22.
  165. Golovnin A., Melnick E., Mazur A., Georgiev P. // Genetics. 2005. V. 170. № 3. P. 1133–1142.
  166. Vorobyeva N.E., Mazina M.U., Golovnin A.K., Kopytova D.V., Gurskiy D.Y., Nabirochkina E.N., Georgieva S.G., Georgiev P.G., Krasnov A.N. // Nucl. Acids Res. 2013. V. 41. № 11. P. 5717–5730.
  167. Erokhin M., Davydova A., Kyrchanova O., Parshikov A., Georgiev P., Chetverina D. // Development. 2011. V. 138. № 18. P. 4097–4106.
  168. Kyrchanova O., Maksimenko O., Stakhov V., Ivlieva T., Parshikov A., Studitsky V.M., Georgiev P. // PLoS Genet. 2013. V. 9. № 7. P. e1003606.
  169. Holohan E.E., Kwong C., Adryan B., Bartkuhn M., Herold M., Renkawitz R., Russell S., White R. // PLoS Genet. 2007. V. 3. № 7. P. e112.
  170. Maksimenko O., Golovnin A., Georgiev P. // Mol. Cell. Biol. 2008. V. 28. № 17. P. 5469–5477.
  171. Melnikova L., Elizar’ev P., Erokhin M., Molodina V., Chetverina D., Kostyuchenko M., Georgiev P., Golovnin A. // Sci. Rep. 2019. V. 9. № 1. P. 5314.
  172. Melnikova L., Kostuchenko M., Silicheva M., Georgiev P. // Chromosoma. 2008. V. 117. № 2. P. 137–145.
  173. Kostyuchenko M., Savitskaya E., Koryagina E., Melnikova L., Karakozova M., Georgiev P. // Chromosoma. 2009. V. 118. № 5. P. 665–674.
  174. Qian S., Varjavand B., Pirrotta V. // Genetics. 1992. V. 131. № 1. P. 79–90.
  175. Handoko L., Xu H., Li G., Ngan C.Y., Chew E., Schnapp M., Lee C.W., Ye C., Ping J.L., Mulawadi F., et al. // Nat. Genet. 2011. V. 43. № 7. P. 630–638.
  176. Sanyal A., Lajoie B.R., Jain G., Dekker J. // Nature. 2012. V. 489. № 7414. P. 109–113.
  177. Liu Z., Scannell D.R., Eisen M.B., Tjian R. // Cell. 2011. V. 146. № 5. P. 720–731.
  178. Pena-Hernandez R., Marques M., Hilmi K., Zhao T., Saad A., Alaoui-Jamali M.A., del Rincon S.V., Ashworth T., Roy A.L., Emerson B.M., et al. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2015. V. 112. № 7. P. E677–686.
  179. Han L., Lee D.H., Szabo P.E. // Mol. Cell. Biol. 2008. V. 28. № 3. P. 1124–1135.
  180. Kurukuti S., Tiwari V.K., Tavoosidana G., Pugacheva E., Murrell A., Zhao Z., Lobanenkov V., Reik W., Ohlsson R. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2006. V. 103. № 28. P. 10684–10689.
  181. Li T., Hu J.F., Qiu X., Ling J., Chen H., Wang S., Hou A., Vu T.H., Hoffman A.R. // Mol. Cell. Biol. 2008. V. 28. № 20. P. 6473–6482.
  182. Dekker J., Mirny L. // Cell. 2016. V. 164. № 6. P. 1110–1121.
  183. Gomez-Diaz E., Corces V.G. // Trends Cell Biol. 2014. V. 24. № 11. P. 703–711.
  184. Cai H.N., Shen P. // Science. 2001. V. 291. № 5503. P. 493–495.
  185. Kuhn E.J., Viering M.M., Rhodes K.M., Geyer P.K. // EMBO J. 2003. V. 22. № 10. P. 2463–2471.
  186. Muravyova E., Golovnin A., Gracheva E., Parshikov A., Belenkaya T., Pirrotta V., Georgiev P. // Science. 2001. V. 291. № 5503. P. 495–498.
  187. Kyrchanova O., Toshchakov S., Parshikov A., Georgiev P. // Mol. Cell. Biol. 2007. V. 27. № 8. P. 3035–3043.
  188. Kyrchanova O., Toshchakov S., Podstreshnaya Y., Parshikov A., Georgiev P. // Mol. Cell. Biol. 2008. V. 28. № 12. P. 4188–4195.
  189. Comet I., Savitskaya E., Schuettengruber B., Negre N., Lavrov S., Parshikov A., Juge F., Gracheva E., Georgiev P., Cavalli G. // Dev. Cell. 2006. V. 11. № 1. P. 117–124.
  190. Comet I., Schuettengruber B., Sexton T., Cavalli G. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2011. V. 108. № 6. P. 2294–2299.
  191. Savitskaya E., Melnikova L., Kostuchenko M., Kravchenko E., Pomerantseva E., Boikova T., Chetverina D., Parshikov A., Zobacheva P., Gracheva E., et al. // Mol. Cell. Biol. 2006. V. 26. № 3. P. 754–761.
  192. Kravchenko E., Savitskaya E., Kravchuk O., Parshikov A., Georgiev P., Savitsky M. // Mol. Cell. Biol. 2005. V. 25. № 21. P. 9283–9291.
  193. Kyrchanova O., Ivlieva T., Toshchakov S., Parshikov A., Maksimenko O., Georgiev P. // Nucl. Acids Res. 2011. V. 39. № 8. P. 3042–3052.
  194. Fujioka M., Mistry H., Schedl P., Jaynes J.B. // PLoS Genet. 2016. V. 12(2). P. e1005889.
  195. Chen H., Levo M., Barinov L., Fujioka M., Jaynes J.B., Gregor T. // Nat. Genet. 2018. V. 50. № 9. P. 1296–1303.
  196. Kyrchanova O., Maksimenko O., Ibragimov A., Sokolov V., Postika N., Lukyanova M., Schedl P., Georgiev P. // Sci. Adv. 2020. V. 6. № 13. P. eaaz3152.
  197. Kaye E.G., Kurbidaeva A., Wolle D., Aoki T., Schedl P., Larschan E. // Mol. Cell. Biol. 2017. V. 37. № 21. P. e00253-17.
  198. Kyrchanova O., Sabirov M., Mogila V., Kurbidaeva A., Postika N., Maksimenko O., Schedl P., Georgiev P. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2019. V. 116. № 27. P. 13462–13467.
  199. Krivega M., Savitskaya E., Krivega I., Karakozova M., Parshikov A., Golovnin A., Georgiev P. // Chromosoma. 2010. V. 119. № 4. P. 425–434.
  200. Sexton T., Cavalli G. // Cell. 2015. V. 160. № 6. P. 1049–1059.
  201. Sexton T., Yaffe E., Kenigsberg E., Bantignies F., Leblanc B., Hoichman M., Parrinello H., Tanay A., Cavalli G. // Cell. 2012. V. 148. № 3. P. 458–472.
  202. Hons M.T., Huis In ‘t Veld P.J., Kaesler J., Rombaut P., Schleiffer A., Herzog F., Stark H., Peters J.M. // Nat. Commun. 2016. V. 7. P. 12523.
  203. Fudenberg G., Imakaev M., Lu C., Goloborodko A., Abdennur N., Mirny L.A. // Cell Rep. 2016. V. 15. № 9. P. 2038–2049.
  204. Haarhuis J.H.I., van der Weide R.H., Blomen V.A., Yanez-Cuna J.O., Amendola M., van Ruiten M.S., Krijger P.H.L., Teunissen H., Medema R.H., van Steensel B., et al. // Cell. 2017. V. 169. № 4. P. 693–707 e14.
  205. Sanborn A.L., Rao S.S., Huang S.C., Durand N.C., Huntley M.H, Jewett A.I., Bochkov I.D., Chinnappan D., Cutkosky A., Li J., et al. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2015. V. 112. № 47. P. E6456–6465.
  206. Schwarzer W., Abdennur N., Goloborodko A., Pekowska A., Fudenberg G., Loe-Mie Y., Fonseca N.A., Huber W., Haering C.H., Mirny L., et al. // Nature. 2017. V. 551. № 7678. P. 51–56.
  207. Wutz G., Varnai C., Nagasaka K., Cisneros D.A., Stocsits R.R., Tang W., Schoenfelder S., Jessberger G., Muhar M., Hossain M.J., et al. // EMBO J. 2017. V. 36. № 24. P. 3573–3599.
  208. Nishiyama T. // Curr. Opin. Cell. Biol. 2019. V. 58. P. 8–14.
  209. Rodriguez-Carballo E., Lopez-Delisle L., Zhan Y., Fabre P.J., Beccari L., El-Idrissi I., Huynh T.H.N., Ozadam H., Dekker J., Duboule D. // Genes Dev. 2017. V. 31. № 22. P. 2264–2281.
  210. Narendra V., Bulajic M., Dekker J., Mazzoni E.O., Reinberg D. // Genes Dev. 2016. V. 30. № 24. P. 2657–2662.
  211. Hug C.B., Grimaldi A.G., Kruse K., Vaquerizas J.M. // Cell. 2017. V. 169. № 2. P. 216–228 e19.
  212. Ramirez F., Bhardwaj V., Arrigoni L., Lam K.C., Gruning B.A., Villaveces J., Habermann B., Akhtar A., Manke T. // Nat. Commun. 2018. V. 9. № 1. P. 189.
  213. Ulianov S.V., Khrameeva E.E., Gavrilov A.A., Flyamer I.M., Kos P., Mikhaleva E.A., Penin A.A., Logacheva M.D., Imakaev M.V., Chertovich A., et al. // Genome Res. 2016. V. 26. № 1. P. 70–84.
  214. Phillips-Cremins J.E., Corces V.G. // Mol. Cell. 2013. V. 50. № 4. P. 461–474.
  215. Cattoni D.I., Cardozo Gizzi A.M., Georgieva M., Di Stefano M., Valeri A., Chamousset D., Houbron C., Dejardin S., Fiche J.B., Gonzalez I., et al. // Nat. Commun. 2017. V. 8. № 1. P. 1753.
  216. Flyamer I.M., Gassler J., Imakaev M., Brandao H.B., Ulianov S.V., Abdennur N., Razin S.V., Mirny L.A., Tachibana-Konwalski K. // Nature. 2017. V. 544. № 7648. P. 110–114.
  217. Mateo L.J., Murphy S.E., Hafner A., Cinquini I.S., Walker C.A., Boettiger A.N. // Nature. 2019. V. 568. № 7750. P. 49–54.
  218. Tan L., Xing D., Chang C.H., Li H., Xie X.S. // Science. 2018. V. 361. № 6405. P. 924–928.
  219. Finn E.H., Pegoraro G., Brandao H.B., Valton A.L., Oomen M.E., Dekker J., Mirny L., Misteli T. // Cell. 2019. V. 176. № 6. P. 1502–1515 e10.
  220. Luppino J.M., Park D.S., Nguyen S.C., Lan Y., Xu Z., Yunker R., Joyce E.F. // Nat. Genet. 2020. V. 52. № 8. P. 840–848.
  221. Hansen A.S., Pustova I., Cattoglio C., Tjian R., Darzacq X. // Elife. 2017. V. 6. P. e25776.
  222. Maeda R.K., Karch F. // Chromosoma. 2015. V. 124. № 3. P. 293–307.
  223. Kyrchanova O., Mogila V., Wolle D., Magbanua J.P., White R., Georgiev P., Schedl P. // Mech. Dev. 2015. V. 138. № 2. P. 122–132.
  224. Kyrchanova O., Wolle D., Sabirov M., Kurbidaeva A., Aoki T., Maksimenko O., Kyrchanova M., Georgiev P., Schedl P. // Genetics. 2019. V. 213. № 3. P. 865–876.
  225. Postika N., Metzler M., Affolter M., Muller M., Schedl P., Georgiev P., Kyrchanova O. // PLoS Genet. 2018. V. 14. № 12. P. e1007702.
  226. Kyrchanova O., Mogila V., Wolle D., Deshpande G., Parshikov A., Cleard F., Karch F., Schedl P., Georgiev P. // PLoS Genet. 2016. V. 12. № 7. P. e1006188.
  227. Rao S.S.P., Huang S.C., Glenn St Hilaire B., Engreitz J.M., Perez E.M., Kieffer-Kwon K.R., Sanborn A.L., Johnstone S.E., Bascom G.D., Bochkov I.D., et al. // Cell. 2017. V. 171. № 2. P. 305–320 e24.
  228. Li M., Ma Z., Roy S., Patel S.K., Lane D.C., Duffy C.R., Cai H.N. // Sci. Rep. 2018. V. 8. № 1. P. 15158.
  229. Yokoshi M., Segawa K., Fukaya T. // Mol. Cell. 2020. V. 78. № 2. P. 224–235 e5.
  230. Stadler M.R., Haines J.E., Eisen M.B. // Elife. 2017. V. 6. P. e29550.
  231. Despang A., Schopflin R., Franke M., Ali S., Jerkovic I., Paliou C., Chan W.L., Timmermann B., Wittler L., Vingron M., et al. // Nat. Genet. 2019. V. 51. № 8. P. 1263–1271.
  232. Ghavi-Helm Y., Jankowski A., Meiers S., Viales R.R., Korbel J.O., Furlong E.E.M. // Nat. Genet. 2019. V. 51. № 8. P. 1272–1282.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схематичное изображение аллеля y2. Экзоны гена yellow обозначены прямоугольниками со стрелкой, указывающей направление транскрипции; ЭнК – энхансер крыльев; ЭнТ – энхансер тела; ЭнЩ – энхансер щетинок; Пр – промотор гена. Ретротранспозон gypsy изображен в виде треугольника, прямоугольники на его концах – длинные концевые повторы, их направление указано стрелками. Инсулятор Su(Hw) изображен как шестиугольник внутри gypsy. На фотографиях представлены фенотипы мух: y+ – дикий тип, ген yellow экспрессируется во всех кутикулярных структурах; y2 – энхансеры тела и крыльев блокированы инсулятором Su(Hw) (изображено как зачеркивание), ген yellow не экспрессируется в кутикуле тела и крыльях, но продолжает экспрессироваться в щетинках

Скачать (206KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Модели механизма действия инсуляторов. А – модель «ловушки энхансера». Б – блокирование вспомогательных белков. В – структурная модель. Формирование независимых транскрипционных доменов. Обозначения: Эн – энхансер; И – инсулятор; Пр – промотор. Красными стрелками обозначена активация транскрипции специфичным энхансером, синими – базовая активность промотора. Зачеркнутые стрелки обозначают блокирование взаимодействий между энхансерами и промоторами из соседних доменов

Скачать (309KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Модель формирования Su(Hw)-зависимого инсуляторного комплекса. Домены белка Su(Hw) обозначены сиреневым цветом; домены белка Mod(mdg4)-67.2 – зеленым; домены белка CP190 – оранжевым; домены белка HIPP1 – голубым. Обозначения доменов: CID – взаимодействующий с CP190 домен; Ac – C-концевой кислый домен; ZF – домен цинковых пальцев; LZ – лейциновая молния; BTB – BTB/POZ-домен; Q – обогащенный глутамином район; DD – димеризующий домен; FLYWCH – цинковый палец типа FLYWCH; SID – взаимодействующий с Su(Hw) домен; D – обогащенный аспарагином район; M – взаимодействующий с центросомой домен; E – С-концевой домен, обогащенный глутамином. Внизу приведена консенсусная последовательность связывания белка Su(Hw) из инсулятора gypsy. ZF, связывающие каждый из мотивов, указаны стрелками

Скачать (308KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Модель формирования и функционирования инсуляторных телец. Белки CP190/Su(Hw)/Mod(mdg4)-67.2 рекрутируются в инсуляторные тельца за счет сумолирования. В инсуляторных тельцах осуществляется предварительная сборка Su(Hw)-зависимых комплексов и их ассоциация с другими ТФ. «Созревший» инсуляторный комплекс транзиентно взаимодействует с хроматиновой фибриллой, покидает инсуляторные тельца за счет десумолирования и связывается с сайтами на хроматине

Скачать (265KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Моделирование хроматиновых петель в трансгенных линиях дрозофил. А – образованная идентичными инсуляторами петля приближает энхансер к промотору. Б – тесная петля между двумя инсуляторами блокирует заключенный в ней энхансер. В – увеличение дистанции между инсуляторами, окружающими энхансер, нейтрализует инсуляцию. Г – формируемые тремя инсуляторами петли не препятствуют активации транскрипции репортерного гена. Д – взаимная ориентация инсуляторов (указана стрелками) определяет конфигурацию хроматиновой петли и, как следствие, возможность активации транскрипции. Обозначения: G4 – дрожжевой активатор GAL4; остальные обозначения, как на рис. 2

Скачать (281KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Уровни организации хроматина в ядре. А – хромосомы внутри ядра занимают определенные территории (красный, зеленый и синий фон). Б – каждая хромосома формирует ТАДы, которые, в зависимости от активного/неактивного состояния хроматина, входят в определенный компартмент ядра. В – ТАДы способствуют сближению регуляторных элементов, находящихся внутри них, и обеспечивают синхронную экспрессию генов. Архитектурные белки способны динамично ограничивать формирующиеся ТАДы. Г – инсуляторы внутри ТАДа могут формировать локальные хроматиновые петли, способствующие специфичным энхансер-промоторным взаимодействиям. Обозначения: ТФ – транскрипционные факторы, остальные обозначения, как на рис. 2

Скачать (471KB)
Метаданные
8. Рис. 8. Схематичное изображение BX-C. Карта и координаты BX-C взяты из ресурса FlyBase (R6.04). Разноцветные прямоугольники обозначают эмбриональные парасигменты (PS), соответствующие сегментам имаго. Регуляторные районы, контролирующие экспрессию генов Ubx, Abd-A и Abd-B (горизонтальные стрелки) в каждом PS обозначены верхними скобками. Регуляторные районы организованы в три транскрипционно ассоциированных района, обозначенные нижними скобками. Паттерн экспрессии каждого гена и уровень его экспрессии представлены в виде цветной шкалы, причем, чем темнее цвет, тем выше уровень экспрессии. Инсуляторы BX-C обозначены стрелками: красными – CTCF-зависимые, синими – не зависимые от CTCF [223]. Карта распределения ТАДов и некоторых инсуляторных/архитектурных белков в BX-C построена с помощью ресурса Chorogtnome Navigator dm3 [212]

Скачать (1MB)
Метаданные
9. Рис. 9. Влияние инсуляторов SF1 и SF2 на формирование ТАДа и транскрипцию в ANT-C. A – границы ТАДа, включающего ген ftz, определяются инсуляторами SF1 и SF2. Взаимодействующие инсуляторы формируют петлю, сближающую энхансер Т1 с промотором гена Scr. Энхансер Т1 активирует транскрипцию Scr. Б – делеция инсулятора SF1 (показана скобкой) разрушает ТАД, что не влияет на экспрессию гена ftz. Однако энхансер Т1 не активирует транскрипцию Scr, так как петля между инсуляторами не формируется. Все обозначения, как на рис. 2

Скачать (156KB)
Метаданные
10. Рис. 10. Влияние ТАДов на экспрессию локусов Kcnj2 и Sox9. А – нормальная экспрессия генов Kcnj2 и Sox9. Образуются два отдельных ТАДа, граница (Гр) между которыми колокализуется с инвертированными сайтами связывания белка CTCF. Б – делеция CTCF-связывающих сайтов на границе ТАДов не разрушает их и не влияет на паттерны экспрессии генов. В – одновременная делеция граничных и внутренних сайтов CTCF приводит к слиянию ТАДов, но не влияет на экспрессию генов. Г – перемещение границы ТАДов приводит к неправильной экспрессии генов. Обозначения: синие стрелки – сайты связывания CTCF; паттерны экспрессии генов Kcnj2 и Sox9 в эмбрионе обозначены желтым и зеленым соответственно; направление действия энхансеров указано стрелками; остальные обозначения, как на рис. 2 и 9

Скачать (466KB)
Метаданные

© Мельникова Л.С., Георгиев П.Г., Головнин А.К., 2020

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах