Гетерохроматин оказался блокиратором «прыгающих генов»

Гетерохроматин — участки хроматин — комплекса ДНК с гистонами, — находящиеся в компактном состоянии. В качестве одной из их предполагаемых функций рассматривается сайленсинг генов. Уточнить назначение гетерохроматина до сих пор мешала невозможность изолированной блокировки механизма их образования. Теоретически, это можно сделать путем замены одного из основных гистонов — H3 — на мутантный гистон, что нарушало бы процесс конденсации хроматина в гетерохроматин. Но применить метод к высшим животным, в том числе мышам, нельзя.

«Мыши, как и люди, имеют три различных кластера гистоновых генов на разных хромосомах. Манипулировать этими участками чрезвычайно трудно еще и потому, что кластеры содержат другие важные гены», — сообщил соавтор работы Тейлор Пенке.

В новом исследовании ученые использовали плодовых мушек Drosophila. Гистоновые гены этих животных сгруппированы на одном участке генома. В результате замены гистона H3 около 98 процентов особей погибло до достижения зрелости. В хромосомах выживших дрозофил наблюдалось резкое сокращение гетерохроматина, особенно в местах привычный концентрации гистона H3. При этом, несмотря на расхожее мнение, блокировка гетерохроматина не отразилась на экспрессии генов: она не подавлялась даже на наиболее компактных участках хроматин.

Главным открытием стала активизация транспозонов, или «прыгающих генов», на традиционно гетерохроматиновых участках хромосом. Транспозоны — генетические элементы, которые распространяются в геноме методами «копировать-вставить», что аналогично вирусам, или «вырезать-вставить». Не исключается, что на ранних этапах эволюции транспозоны играли ведующую роль в возникновении современного генетического разнообразия. Но их чрезмерная репликация приводит к возникновению заболеваний (зарегистрировано 96), например, гемофилии и раку.

Наряду с ростом активности транспозонов в организме мутантных мушек был зафиксирован вслеск активности пиРНК — крупного класса малых некодирующих РНК, помимо прочего, способных связываться с «прыгающими генами» и подавлять их. Таким образом, ученые предположили, что гибель большинства особей, участвовавших в эксперименте, обусловлена влиянием транспозонов и некорректной репликацией генома. Тогда как модификация гистона H3 в рамках образования гетерохроматина тормозила активность транспозонов.

Подчеркивается, что гистоны дрозофил аналогичны человеческим. В ближайшее время исследователи намерены продолжить работу для прояснения роли гетерохроматина в активации транспозонов.