Чарльз Эллис - Эпигенетика

Кроме этих эволюционных ролей, постулированных для RIP, «подавления» и MSUD, а также их полезности в лабораторных исследованиях следует рассмотреть возможность того, что эти процессы используются и иным образом. Например, тот факт, что функция Sad-1 необходима для полной фертильности, позволяет предполагать, что MSUD, прямо или косвенно, необходим для мейоза (Shiu and Metzenberg, 2002). В случае RIP (хотя этот процесс и не является существенным) распределение продуктов RIP в геноме Neurospora позволяет предполагать, что «мусорные» (junked) транспозоны могут служить организму в качестве субстрата для формирования кинетохоров — во многом так же, как служат повторяющиеся последовательности у S. pombe и других организмов. Анализ нуклеотидных последовательностей ДНК хромомосмы 7 показывает, что последовательности вокруг генетически картированных центромер Neurospora состоят в основном из остатков транспозонов, интенсивно мутировавших в результате действия RIP (рис. 6.16). Реликты RIP обнаруживаются также по соседству с теломерными последовательностями Neurospora . Интересно, что транспозоны и остатки транспозонов обычно обнаруживаются и в гетерохроматиновых последовательностях других организмов, таких как Drosophila (глава 5), млекопитающие (глава 17), растения (глава 9) и другие грибы.

Грибы S. pombe и N. crassa оказались мощными системами для обнаружения и объяснения эпигенетических явлений. Эпигенетика как область науки все еще находится в стадии младенчества, и эпигенетические механизмы продолжают появляться на свет. Поэтому не удивительно, что глубина и широта нашего сегодняшнего понимания таких эпигенетических процессов, как те, что описаны в настоящей главе, варьируют от организма к организму. Еще слишком рано судить о том, насколько общими являются описанные эпигенетические механизмы. Например, возможно, что для сайленсинга и формирования гетерохроматина некоторые организмы, подобно S. pombe, базируются главным образом на RNAi, тогда как другие, такие как N. crassa, основываются в большей степени на метилировании ДНК. Уже ясно, что даже эти два этих модельных эукариотных организма обладают и важными различиями, и существенным сходством. Оба организма используют метилирование гистона H3K9 и RNAi, при том что ни один из этих механизмов не обнаружен у почкующихся дрожжей, S. cerevisiae. Из этих трех грибов, однако, только Neurospora практикует метилирование ДНК. Стоит также заметить, что данный процесс может быть функционально довольно различным у этих двух организмов. Например, у Neurospora участие компонентов RNAi предполагается в «подавлении» и мейотическом сайленсинге, но не в формировании гетерохроматина, тогда как у дробянковых дрожжей компоненты RNAi вносят вклад в формирование гетерохроматина, но другие их роли не установлены. Наконец, следует отметить, что даже такие обшие черты, как гетерохроматин, ассоциированный с центромерами, у дробянковых дрожжей и у Neurospora могут обладать важными различиями. Важная цель на будущее состоит в том, чтобы открыть, в какой степени информация, собранная на одном организме, приложима к другим объектам. Дальнейшие исследования эпигенетических процессов у различных модельных организмов, в том числе S. pombe и N. crassa, дадут эту информацию. Мы надеемся, что грибы как чрезвычайно разнообразные организмы будут продолжать служить полезными системами для эпигенетических исследований на многие годы.

Рис. 6.16.Организация района центромеры 7 у N. crassa

Были собраны контиги 249,255 и 21 релиза 7.0 геномной последовательности ( http://www.broad.mit.edu/annorntion/fungi-neurospora_crassa_7/index.html) и все кроме первых 400 т.о. последовательности контига 10, и этот объединенный файл последовательностей был проанализирован с инкрементом 200 п.н. на «индексы RIP» (ТрА/АрТ [ синий цвет ] и CpA+TpG/ApC+GpT [ красный цвет ]) (Galagan et al., 2003; Selker et al., 2003; Galagan and Selker, 2004). Район длиной -360 т.о. с высокой плотностью перемещаемых элементов (ТЕ), инактивированных RIP (остатки ретротранспозонов — синий цвет , остаток ДНК-транспозона — фиолетовый цвет), был обнаружен между маркерами, фланкирующими центромеру, которая была картирована генетически. Изображенный сегмент длиной -1.5 млн о. включает 383 аннотированных гена (над линией и под ней, чтобы показать гены в противоположных ориентациях), из которых только 20 коротких предсказанных гена находятся в пределах предсказанного центромерного района. Размеры перерывов в последовательности [sequence gaps] между контигами (позиции 0.5466, 0.6956 и 0.9058 млн о. на рисунке) неизвестны

R.C.A. благодарит Alison L. Pidoux и Sharon A White за Рис. 4 и Рис. 3, соответственно; а также Alison L. Pidoux и Elizabeth Н. Bayne за замечания по рукописи. Исследования в лаборатории Allshire поддержаны the Wellcome Trust, MRC, и the EC FP6 Epigenome Network of Excellence. R.CA. является a Wellcome Trust Principal Research Fellow. E.U.S. благодарит N.B. Raju за помошь в подборе рисунков по Neurospora и Robert L. Metzenberg за замечания по рукописи. Исследования в Selker-лаборатории поддерживаются U.S. Public Health Service grant GM35690 от the National Institutes of Health и National Science Foundation grant MCB0131383.

Allshire R.C., Javerzat J.P., Redhead N.J., and Cranston G. 1994. Position effect variegation at fission yeast centromeres. Cell 76: 157-169.

Allshire R.C., Nimmo E.R., Ekwall K., Javerzat J.P., and Cranston G. 1995. Mutations derepressing silent centromeric domains in fission yeast disrupt chromosome segregation. Genes Dev. 9: 218-233.

Aramayo R. and Metzenberg R.L. 1996. Meiotic transvection in fungi. Cell 86: 103-113.

Ayoub N., Goldshmidt 1., Lyakhovetsky R., and Cohen A. 2000. A fission yeast repression element cooperates with centromere-like sequences and defines a mat silent domain boundary. Genetics 156: 983-994.

Bailis J.M., Bernard P., Antonelli R., Allshire R.C., and Forsbuig S.L. 2003. Hskl-Dfp1 is required for heterochromatin-mediated cohesion at centromeres. Nat. Cell Biol. 5: 1111-1116.

Bannister A. J., Zegerman P., Partridge J.F., Miska E.A., Thomas J.O., Allshire R.C., and Kouzarides T. 2001 Selective recognition of methylated lysine 9 on histone H3 by the HP1 chromo domain. Nature 410: 120-124.

Baum M., Ngan V.K., and Clarke L. 1994. The centromeric K-type repeat and the central core are together sufficient to establish a functional Schizosaccharomyces pombe centromere. Mol. Biol. Cell 5: 747-761.

Baumberger N. and Baulcombe D.C. 2005. Arabidopsis ARGO-NAUTE1 is an RNA Slicer that selectively recruits micro RNAs and short interfering RNAs. Proc. Natl. Acad. Sci. 102: 11928-11933.

Bernard P, Maure J.F., Partridge J.F., Genier S., Javerzat J.P., and Allshire R.C. 2001. Requirement of heterochromatin for cohesion at centromeres. Science 294: 2539-2542.

Bhat A. and Kasbekar D.P 2001. Escape from repeat-induced point mutation of a gene-sized duplication in Neurospora crassa crosses that are heterozygous for a larger chromosome segment duplication. Genetics 157: 1581-1590.

Borkovich K.A., Alex L.A., Yarden O., Freitag M., Turner G.E., Read N.D., Seiler S., Bell-Pedersen D., Paietta J., Plesofsky N., et al., 2004. Lessons from the genome sequence of Neurospora crassa: Tracing the path from genomic blueprint to multicellular organism. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 68: 1-108.

Cam H.P., SugiyamaT., Chen E.S., Chen X., FitzGerald P.C., and Grewal S.I. 2005. Comprehensive analysis of heterochromatin- and RNAi-mediated epigenetic control of the fission yeast genome. Nat. Genet. 37: 809-819.