Оплодотворенная человеческая яйцеклетка развивается в несколько тканей, органов и около 200 различных типов клеток. Каждый тип клеток имеет одни и те же гены, но они по-разному экспрессируются во время развития и в зрелых клетках.
Понимание механизмов, которые включают или выключают наборы генов, является фундаментальным поиском в биологии и имеет клиническое значение при таких заболеваниях, как рак, когда контроль над генами нарушается.
Исследователь Университета Алабамы в Бирмингеме Хенгбин Ван, доктор философии, и его коллеги определили один такой механизм. В статье, опубликованной на этой неделе в Proceedings of the National Academy of Sciences, Ван и его коллеги описывают ключевую роль белка под названием RSF1 в подавлении генов. Помимо деталей молекулярной биологии, исследователи также показали, что нарушение экспрессии RSF1 у эмбрионов африканских когтистых лягушек вызывает серьезные дефекты развития у головастиков из-за нарушения регуляции спецификации судеб мезодермальных клеток.
RSF1 воздействует на хроматин, организованную структуру хромосомы, в которой двухметровая ДНК каждой человеческой клетки сильно конденсирована, обернувшись вокруг катушек гистоновых белков. Однако хроматин не статичен - он очень динамичен и меняет свою структуру, чтобы контролировать различные физиологические процессы.
Одним из факторов текучести хроматина являются модификации гистоновых белков путем добавления или удаления химических групп в хвостах гистонов. Гистоны могут быть модифицированы ацетилированием, фосфорилированием, метилированием, убиквитинированием или АДФ-рибозилированием.
В своей текущей работе Ван, адъюнкт-профессор биохимии и молекулярной генетики Медицинской школы UAB, сосредоточился на добавлении убиквитина к гистоновой субъединице H2A. Эта распространенная модификация связана с молчанием генов, а удаление убиквитина из H2A приводит к активации генов. Ван и его коллеги обнаружили, что RSF1 опосредует функцию подавления генов убиквитинированным H2A.
Они обнаружили, что RSF1, расшифровывающийся как ремоделирующий и спейсерный фактор 1, субъединица комплекса RSF, представляет собой белок, связывающий убиквитинированный H2A, который считывает убиквитинированный H2A через ранее не охарактеризованный и обязательный связывающий домен убиквитинированного H2A.
В клетках человека и мыши было обнаружено, что гены, регулируемые RSF1, значительно перекрываются с генами, контролируемыми частью комплекса, который убиквитинирует H2A. Нокаут RSF1 в клетках вызывал дерепрессию генов, регулируемых RSF1, что сопровождалось изменениями в организации убиквитинированного H2A хроматина и высвобождением линкерного гистона H1.
В своей статье Ван и его коллеги предложили модель действия RSF1 в подавлении генов.
«RSF1 связывается с убиквитинированными нуклеосомами H2A, чтобы установить и поддерживать стабильный паттерн убиквитинированных нуклеосом H2A в промоторных областях», - написали они. «Стабильный массив нуклеосом приводит к архитектуре хроматина, которая невосприимчива к дальнейшему ремоделированию, необходимому для активации гена-мишени убиквитинированного H2A. Когда RSF1 нокаутирован, структура нуклеосом убиквитинированного H2A нарушается, и нуклеосомы становятся менее стабильными, несмотря на присутствие убиквитинированного H2A. H2A. Эти убиквитинированные нуклеосомы H2A подвергаются ремоделированию хроматина для активации генов."
Ванг говорит, что знание сайта связывания убиквитинированного H2A может помочь в открытии других убиквитинированных гистон-связывающих белков.
Соавторы-корреспонденты статьи PNAS «Роль фактора ремоделирования и спейсинга 1 в подавлении генов, опосредованном убиквитинированием гистона H2A», - Ван; Ченбей Чанг, UAB Департамент клеточной биологии, биологии развития и интегративной биологии; Цзяньцзюнь Луо, Институт биофизики Китайской академии наук, Пекин; и Луиза Т. Чоу, UAB Кафедра биохимии и молекулярной генетики. В UAB Чоу возглавляет семейную кафедру Андерсона по медицинскому образованию, исследованиям и уходу за пациентами в Медицинской школе.