Потенциал Н1 функции

Бейбітқызы Мөлдір

Бг080-биология

Потенциал Н1 функции

H1 и образование гетерохроматина

Фундаментальная роль H1 в формировании гетерохроматина была недавно
идентифицирована в Д. меланогастер.Когда уровень белка единственного
соматического подтипа H1 был снижен до ~20% от нормального содержания
с помощью подхода RNAi, личинки, лишенные H1, не развивались до
взрослых мух . Поразительно, что наблюдались выраженные эффекты
на структуру и функцию гетерохроматина, например, H1 был сильным
супрессором пестроты с эффектом положения (PEV) и был необходим для
организации перицентромерных регионов в политенных хромосомах.
Нормальные политенные хромосомы слюнных желез демонстрируют набор
полос и межполос с заметным окрашиванием хромоцентров на
гетерохроматиновый белок 1 (HP1) и репрессивную метку H3K9me2/3.
Истощение H1 привело к массивным изменениям структуры хромосом с
потерей хроматографии. Окрашивание H3K9me2 было неопределяемым,
вместо этого в одном хромоцентре наблюдалось несколько HP1-очагов .
Та же самая группа совсем недавно сообщила, что потеря H1 вызывает
дерепрессию более чем 50% мобильных элементов (TE), но только около
10% кодирующих белок генов. ТЕ в Д. меланогастер считается, что они в
основном расположены в гетерохроматине. Авторы продемонстрировали,
что H1 играет критическую роль в подавлении TE путем физического
взаимодействия с гистоновой метилтрансферазой Su(var)39 и связывания ее
с гетерохроматином, тем самым облегчая метилирование H3K9  и
обеспечивая платформу для связывания HP1. Кроме того, H1 также может
напрямую связываться с HP1. Второй путь образования H1-зависимого
гетерохроматина включает единственный белок STAT в
Д. меланогастер STAT29E. Помимо своей роли в передаче сигналов JAK-STAT,было показано, что STAT29E является широко распространенным
компонентом хроматина с важной функцией в формировании
перицентрического гетерохроматина. Интересно, что локализация STAT29E
на хроматине зависит от его взаимодействия с H1 .
В нескольких сообщениях также описаны связи между H1 и
компонентами гетерохроматина в клетках млекопитающих. Возможно,
наиболее хорошо охарактеризовано взаимодействие между H1 и белком
HP1, который считается специфичным для подтипа и зависит от
специфического метилирования H1 .Троер и
другие описали дополнительное взаимодействие метилированного H1
с L3MBTL1, транскрипционным репрессором, связывающимся со
специфическими моно- и диметилированными остатками лизина на
гистонах и локально уплотняющим хроматин. Находки в ESC мышей с
тройным нокаутом H1 также подчеркивают роль H1 в поддержании
структуры гетерохроматина. Кроме того, в зрелых фоторецепторах мышей H1 способствует конденсации гетерохроматина . Учитывая эту, казалось бы,
фундаментальную роль H1 в формировании гетерохроматина у Д.
меланогастер, будет сложной задачей более подробно определить
значение H1 в формировании гетерохроматина у млекопитающих.

Н1 в специфической экспрессии генов.
Было показано, что манипулирование уровнями H1 приводит как к положительной, так и к отрицательной регуляции определенных генов. Здесь мы хотим дать краткий обзор многих исследований, описывающих этот эффект в различных организмах, которые экспрессируют один или несколько подтипов H1. В ранних исследованиях продемонстрировали, что H1 регулирует определенные гены в Тетрагимена. Хашимото и другие  произвели первый полный нокаут H1 у позвоночных в куриных клетках, генетически удалив все шесть подтипов H1. Они обнаружили, что в клетках с дефицитом гистона H1 экспрессия нескольких генов была затронута, в основном путем подавления. В Д. меланогастер,RNAi-индуцированное истощение H1 преимущественно влияет на гены в гетерохроматиновых областях, и H1 необходим для молчания мобильных элементов, как упоминалось выше .
Интересно, что группа Skoultchi обнаружила, что в мышиных моделях
истощение отдельных подтипов H1 может влиять на PEV и экспрессию генов.В своей основополагающей статье, описывающей ESC с тройным нокаутом H1 и снижение общего количества H1 на 50%, та же группа сообщила, что только очень немногие, но определенные гены активируются или понижаются, демонстрируя четкую роль H1 в тонкой настройке экспрессии генов. . В подходе,альтернативном нокаутным исследованиям, Санчо и другие  создали стабильные клеточные линии рака молочной железы T47D, несущие индуцируемые векторы, кодирующие shРНК, которые должны нацеливаться и истощать H1.0, H1.2, H1.3, H1.4 или H1.5, и обнаружили, что различные подмножества генов были затронуты при нокдауне определенные подтипы H1.
Этот подход позволил быстро истощить один подтип H1, обойдя некоторые
проблемы, вызванные потенциальными компенсаторными эффектами из-за
активизации других подтипов H1 в обычных исследованиях нокаута. Однако в подходах к РНК могут оставаться низкие уровни целевого белка.
В дополнение к этим исследованиям общих эффектов истощения H1 на экспрессию генов, белки гистонов H1 были вовлечены в регуляцию специфических модельных генов как посредством активации, так и репрессии. Некоторые из этих исследований дают очень подробное механистическое представление о способах действия H1, таких как гормониндуцированная транскрипция на промоторе вируса опухоли
молочной железы мыши (MMTV). Самая ранняя работа по этой
теме описывает смещение H1 при гормональной индукции .
Позже стало ясно, что ситуация более сложная и что присутствие
H1 до индукции гормона способствует эффективной активации
транскрипции . Фактически было продемонстрировано, что
связывание H1 с промотором MMTV индуцирует отчетливую
конформацию хроматина, облегчая связывание гормонального
рецептора и факторов транскрипции .
Однако это прямое влияние на архитектуру хроматина является лишь
одним из способов регуляции транскрипции, опосредованной линкерным гистоном. Становится все более очевидным, что прямое взаимодействие H1 как с активаторами, так и с репрессорами транскрипции также играет важную роль. В недавнем отчете Ким и другие продемонстрировали, что H1.2 селективно связывает убиквитинлигазу Cul4A и комплексы удлинения PAF1, а также фосфорилированный С-концевой домен РНКП II.
Cul4A убиквитинирует H4K31, который, в свою очередь, необходим для
метилирования H3K4 и H3K79, обе метки связаны с активной
транскрипцией. Основываясь на этих находках, авт. постулировали
интересную кооперативную модель, в которой H1.2 связан с активно
транскрибируемыми локусами-мишенями посредством распознавания
фосфорилирования RNAP II Ser2 и рекрутирует Cul4A и PAF1, чтобы помочь поддерживать активную транскрипцию генов.
H1 также был связан с репрессией определенных генов. Например,
показана роль H1 в регуляции генов, стимулируемых интерфероном
(IFN) . Множественные репрессоры транскрипции были
обнаружены в комплексе с H1. Пример такого H1 партнерами по связыванию, связанными с репрессивными состояниями
хроматина, является Msx1, негативный регулятор дифференцировки мышечных клеток или белок HP1. Msx1 рекрутирует мышиный H1b к ключевому регуляторному элементу в гене MyoD, индуцируя репрессивное состояние хроматина, что приводит к подавлению дифференцировки мышечных клеток .
Связывание HP1 с человеческим H1.4, метилированным в положении K26, было продемонстрировано как в пробирке и в естественных условиях систем , но до сих пор не был напрямую связан с транскрипцией специфических генов. Совсем недавно  представили доказательства того, что
взаимодействие HP1 с гомологичным линкерным гистоном Caenorhabditis elegans HIS24, метилированный в положении K14, фактически участвует в регуляции генов врожденного иммунитета и генов, регулирующих реакцию на стресс. Другие примеры, когда H1 действует как репрессор, включают его взаимодействие с белком p53 или ядерными рибосомными белками. Сообщалось, что у млекопитающих p53 непосредственно взаимодействует с комплексом H1.2, где H1.2 действует как репрессор p53-опосредованной транскрипции . В Д. меланогастер,было обнаружено, что рибосомные белки
взаимодействуют с H1 и могут связывать H1 и репрессию генов .
H1 также, по-видимому, регулирует метилирование ДНК и, следовательно,
экспрессию генов. Вентилятори другие обнаружили, что почти треть генов,
неправильно регулируемых у мышей с тройным нокаутом H1, предположительно регулируются метилированием ДНК. Ян и другие недавно более тщательно проанализировали роль H1 в молчании h19 и Gtl2, двух генов, экспрессия которых регулируется метилированием ДНК их импринтинговых контрольных областей (IRCs) в ESCs мыши. Они продемонстрировали, что некоторые подтипы H1 специфически взаимодействуют с ДНК-метилтрансферазами DNMT1 и DNMT3B и,
таким образом, могут рекрутировать эти ферменты в ICR. Кроме того, H1 мешал установке «активной» гистоновой метки, а именно метилированию H3K4 спомощью Set7/9. Интересно, что эти эффекты были специфичны для подтипа H1, предоставляя больше доказательств специфических для подтипа функций членов семейства H1. Следует отметить, что в настоящее время получены первые доказательства того, что H1 может также регулировать антисмысловую транскрипцию: было обнаружено, что H1.3 ингибирует экспрессию некодирующей РНК h19 .
Эти исследования обеспечивают некоторое первое представление о многих
генах, регулируемых с помощью H1, и подтверждают концепцию, что H1 может не только блокировать связывание др. белков с хроматином, но также может служить платформой для рекрутирования активаторов или репрессоров транскрипции.
Поскольку H1 часто считают средством тонкой настройки экспрессии генов, в будущем будет интересно сосредоточиться на глобальной роли подтипов H1 непредвзятым образом в индукции генов, например, во время стрессовых
реакций, и на последствиях для биологической приспособленности, а не чем
просто на устойчивых уровнях экспрессии генов.