Влияние модификаторов структуры хроматина на транс-действующий гетерохроматиновый эффект положения у Drosophila melanogaster

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Гетерохроматиновый эффект положения проявляется в инактивации эухроматиновых генов при перемещении к гетерохроматину. При хромосомных перестройках инактивации подвергаются гены, расположенные рядом с новой эу-гетерохроматиновой границей в перестройке (цис-инактивация), и, в редких случаях, гены участка нормальной хромосомы, гомологичного району эу-гетерохроматиновой границы хромосомы с перестройкой (транс-инактивация). Инверсия In(2)A4 способна транс-инактивировать расположенный на нормальной хромосоме ген-репортер UAS-eGFP. Мы провели нокдаун ряда белков хроматина при помощи регулируемой температурой РНК-интерференции и исследовали влияние нокдауна на транс-инактивацию репортера. Выявлено подавление транс-инактивации при нокдаунах Su(var)2-HP2 – белка, связывающегося с ключевым белком гетерохроматина НР1а, SAYP – субъединицы комплекса ремоделирования хроматина и метилтрансферазы гистонов Eggless (SETDB1), вносящей узнаваемую белком HP1a модификацию H3K9me3. Представленный в работе способ исследования эффектов нокдауна генов на гетерохроматиновый эффект положения представляет самостоятельный методологический интерес.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. А. Солодовников

Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”

Email: slavrov.defy@gmail.com
Россия, Москва

С. А. Лавров

Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”

Автор, ответственный за переписку.
Email: slavrov.defy@gmail.com
Россия, Москва

А. С. Шацких

Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”

Email: slavrov.defy@gmail.com
Россия, Москва

В. А. Гвоздев

Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”

Email: slavrov.defy@gmail.com

академик

Россия, Москва

Список литературы

  1. Abramov Y.A., Shatskikh A.S., Maksimenko O.G., et al. The Differences Between Cis- and Trans-Gene Inactivation Caused by Heterochromatin in Drosophila // Genetics, 2016, Т. 202 №. 1, C. 93–106.
  2. Elgin S.C., Reuter G. Position-effect variegation, heterochromatin formation, and gene silencing in Drosophila // Cold Spring Harb Perspect Biol, 2013, Т. 5 №. 8, C. a017780.
  3. Sass G.L., Henikoff S. Pairing-dependent mislocalization of a Drosophila brown gene reporter to a heterochromatic environment // Genetics, 1999, Т. 152 №. 2, C. 595–604.
  4. Sage B.T., Csink A.K. Heterochromatic self-association, a determinant of nuclear organization, does not require sequence homology in Drosophila // Genetics, 2003, Т. 165 №. 3, C. 1183–1193.
  5. Shatskikh A.S., Abramov Y.A., Lavrov S.A. Trans-inactivation: Repression in a wrong place // Fly (Austin), 2017, Т. 11 №. 2, C. 96-103.
  6. Nisha P., Plank J.L., Csink A.K. Analysis of chromatin structure of genes silenced by heterochromatin in trans // Genetics, 2008, Т. 179 №. 1, C. 359–373.
  7. Politz J.C., Scalzo D., Groudine M. Something silent this way forms: the functional organization of the repressive nuclear compartment // Annu Rev Cell Dev Biol, 2013, Т. 29, C. 241–270.
  8. Grewal S.I.S. The molecular basis of heterochromatin assembly and epigenetic inheritance // Mol Cell, 2023, Т. 83 №. 11, C. 1767–1785.
  9. Солодовников А.А., Гвоздев В.А., Лавров С.А. Высокий уровень транскрипции гена на стадии эмбриона приводит к подавлению его гетерохроматиновой транс-инактивации у взрослых особей Drosophila melanogaster // Биохимия, 2020, Т. 85 №. 4, C. 547–555.
  10. Шацких А.С., Оленкина О.М., Солодовников А.А. и др. Системы регулируемой экспрессии генов как инструмент исследования гетерохроматинового эффекта положения у Drosophila melanogaster // Биохимия, 2018, Т. 83 №. 5, C. 712–723.
  11. Fujimoto E., Gaynes B., Brimley C. J., et al. Gal80 intersectional regulation of cell-type specific expression in vertebrates // Dev Dyn, 2011, Т. 240 №. 10, C. 2324–2334.
  12. Meyer-Nava S., Torres A., Zurita M., et al. Molecular effects of dADD1 misexpression in chromatin organization and transcription // BMC Mol Cell Biol, 2020, Т. 21 №. 1, C. 17.
  13. Nakayama T., Shimojima T., Hirose S. The PBAP remodeling complex is required for histone H3.3 replacement at chromatin boundaries and for boundary functions // Development, 2012, Т. 139 №. 24, C. 4582–4590.
  14. Shidlovskii Y.V., Bylino O.V., Shaposhnikov A.V., et al. Subunits of the PBAP Chromatin Remodeler Are Capable of Mediating Enhancer-Driven Transcription in Drosophila // Int J Mol Sci, 2021, Т. 22 №. 6.
  15. Chalkley G.E., Moshkin Y.M., Langenberg K., et al. The transcriptional coactivator SAYP is a trithorax group signature subunit of the PBAP chromatin remodeling complex // Mol Cell Biol, 2008, Т. 28 №. 9, C. 2920–2929.
  16. Patil A., Strom A.R., Paulo J. A., et al. A disordered region controls cBAF activity via condensation and partner recruitment // Cell, 2023, Т. 186 №. 22, C. 4936–4955 e4926.
  17. Keenen M.M., Brown D., Brennan L.D., et al. HP1 proteins compact DNA into mechanically and positionally stable phase separated domains // Elife, 2021, Т. 10.
  18. Babu M.M. The contribution of intrinsically disordered regions to protein function, cellular complexity, and human disease // Biochem Soc Trans, 2016, Т. 44 №. 5, C. 1185–1200.
  19. Cermakova K., Hodges H.C. Interaction modules that impart specificity to disordered protein // Trends Biochem Sci, 2023, Т. 48 №. 5, C. 477–490.
  20. Banerjee P.R., Holehouse A.S., Kriwacki R., et al. Dissecting the biophysics and biology of intrinsically disordered proteins // Trends Biochem Sci, 2023.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Система для исследования влияния нокдауна генов – модификаторов эффекта положения на транс-инактивацию репортера UAS-eGFP, вызываемую инверсией In(2)A4: инверсия In(2)A4 вызывает мозаичную инактивацию репортера UAS-eGFP на нормальной хромосоме в мальпигиевых сосудах. Показано положение репортера UAS-eGFP на нормальной хромосоме относительно места разрыва A4 (пунктирная вертикальная линия). Ниже представлена структура инверсии A4, Гх – блоки гетерохроматина, в А4 блок разделен на большой и отделенный малый фрагменты ц – центромера. Цис-действующий эффект положения распространяется на эухроматин от основного и отделенного блоков гетерохроматина (синие стрелки), транс-инактивация влияет на репортер в гомологичной нормальной хромосоме. На фотографиях показана мозаичная экспрессия eGFP (отсутствие флуоресценции в отдельных клетках) при вызываемой In(2)A4 транс-инактивации (eGFP/A4), по сравнению с экспрессией eGFP при той же температуре, но на фоне хромосомы дикого типа (eGFP/+) (а); система для исследования нокдауна генов – модификаторов ЭП на транс-инактивацию (б). Генотип содержит: хромосомы 2 – инверсия A4 в гетерозиготе с нормальной хромосомой с транс-инактивируемым репортером UAS-eGFP; хромосомы 3 – хромосома с генами GAL4 и GAL80ts под тубулиновыми промоторами в гетерозиготе с хромосомой, содержащей трансген UAS-RNAi – источник дцРНК к одному из исследуемых генов-модификаторов (egg, SAYP, Su(var)2-HP2, XNP, CG2116, E(var)3-9 и Polybromo). GAL4 активирует транскрипцию UAS-eGFP, а также UAS-RNAi, вызывая нокдаун модификатора ЭП. GAL80ts инактивирует GAL4, подавляя транскрипцию с UAS-зависимых промоторов, при этом степень подавления снижается при повышении температуры. Нокдаун модификатора ЭП может выражаться в усилении или подавлении транс-инактивации (иллюстрации эффектов приведены на фото справа).

Скачать (263KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Схема скрещиваний для получения генотипов, использованных для исследования эффектов нокдаунов компонентов хроматина на транс-инактивацию, таблица исследуемых генов и влияние нокдауна разной степени на жизнеспособность мух: ход скрещиваний и использованные в работе генотипы. Получены четыре генотипа, представляющие все возможные комбинации “наличие – отсутствие транс-инактивации” и “наличие – отсутствие нокдауна”. Во всех генотипах присутствуют гены GAL4 и GAL80ts. Отношение флуоресценции репортера в eGFP/A4 к eGFP/+ без UAS-RNAi (UAS-eGFP/A4; tubGAL4 tubGAL80ts/TM6 к UAS-eGFP/CyO; tubGAL4 tubGAL80ts/TM6) показывает уровень транс-инактивации без нокдауна гена-модификатора. Отношение флуоресценции репортера в eGFP/A4; UAS-RNAi к eGFP/+; UAS-RNAi (UAS-eGFP/A4; tubGAL4 tubGAL80ts/UAS-RNAi к UAS-eGFP/CyO; tubGAL4 tubGAL80ts/UAS-RNAi) показывает уровень транс-инактивации при нокдауне исследуемого гена. Отношение уровней транс-инактивации “нокдаун/без нокдауна” определяет степень влияния гена-модификатора на транс-инактивацию (а); влияние нокдауна исследуемых генов на жизнеспособность особей. Степень нокдауна увеличивается при повышении температуры, когда инактивация репрессора GAL80ts повышает концентрацию активного GAL4). Стадии развития обозначены как Л (личинка), К (куколка), В (взрослые). Соответственно, ЛКВ обозначает выживаемость на всех стадиях при данной температуре, ЛК – выживают личинки и куколки, Л – только личинки. В случае нокдауна XNP выживали самцы (б).

Скачать (431KB)
Метаданные
4. Рис 3. Попарное сравнение интенсивности флуоресценции клеток мальпигиевых сосудов у мух с UAS-eGFP в норме и при транс-инактивации без нокдауна (–RNAi) и при нокдауне одного из белков (–Xnp, –SAYP, –CG2116, –olybromo, –eggless, –E(var)3-9, –HP2).

Скачать (209KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024