Ацетилювання гістонів

Нуклеосоми та хроматинова фібрила в цілому виступають як загальний репресор генної активності. Тим самим вони допомагають забезпечити загальну інактивацію більшості генів в еукаріотичній клітині, за винятком тих, чия активація здійснюється за участю ТФ. Ключовим моментом механізмів активації є підвищення доступності регуляторних сайтів у складі промоторів, що забезпечується, зокрема, специфічними модифікаціями гістонових хвостів (див. розділ 4). Специфічна картина (патерн) модифікацій відіграє також і зворотну роль – у здійсненні гарантованої репресії гетерохроматинових ділянок.

Серед інших модифікацій, ацетилювання залишків Lys (у певних консервативних позиціях, див. рис. 4.13) майже завжди корелює з активацією транскрипції – ацетильовані гістон-ацетилтрансферазами гістони акумулюються у активних промоторах, і, навпаки, дія гістон-деацетилаз призводить до інактивації. Гістон-ацетилтрансферази (НАТ) входять до складу мультибілкових комплексів, які часто є компонентами енхансосом. НАТ-комплекси можуть рекрутуватися до промоторів транскрипційними факторами чи кофакторами (наприклад, активаційним доменом гормонового рецептора). Зв'язування НАТ може індукуватися іншими гістоновими модифікаціями, наприклад, через впізнання фосфорильованого Ser10 гістона Н3. Крім того, часто до складу НАТ входять бромодомени – структурні модулі, що мають специфічну спорідненість до ацетильованих лізинів. Тобто, НАТ впізнають Lys, вже ацетильовані іншими НАТ, і здійснюють ацетилювання сусідніх нуклеосом, підтримуючи таким чином ацетильований статус певної ділянки хроматину.

Механізми головних впливів ацетилювання гістонів на структуру хроматину та активацію транскрипції полягають у наступному:

• Ацетилювання сприяє деконденсації хроматинової фібрили за рахунок зниження позитивного заряду головних факторів конденсації, якими є гістонові хвости. У результаті знижується спорідненість ацетильованих нуклеосом до гістона Н1, що далі сприяє деконденсації фібрили. Розгортання фібрили та тимчасова дисоціація Н1 створює “вікно можливості” для зв’язування регуляторних факторів на виході ДНК з нуклеосоми та з міжнуклеосомною лінкерною ДНК.

• Хоча ацетилювання гістонів не змінює структуру нуклеосоми, зниження позитивного заряду гістонових хвостів призводить до дестабілізації нуклеосоми на виході з неї нуклеосомної ДНК за рахунок підвищення електростатичного розштовхування між сусідніми витками нуклеосомної суперспіралі (див. розділ 4). У результаті полегшується тимчасове руйнування нуклеосом іншими факторами: перенос гістонів на проміжні акцептори та робота комплексів ремоделювання хроматину (див. нижче).

• Ацетильовані лізинові залишки гістонів можуть безпосередньо впізнаватися факторами і кофакторами транскрипції. Наприклад, наявність бромодомена у складі TAF_II250 (див. вище) сприяє підвищенню локальної концентрації TFIID у ацетильованих ділянках хроматину.

Доступність промоторів

Залежне від послідовності ДНК переважне позиціювання нуклеосом (розділ 4) призводить до диференційного експонування ділянок ДНК до дії регуляторних факторів. З одного боку, будь-яка послідовність пар основ диктує певний “передвстановлений“ розподіл нуклеосом. З іншого боку, активація промоторів призводить до їх збіднення на нуклеосоми або за рахунок репозиціювання, або внаслідок тимчасового видалення гістонів.

Рис. 6.15. Позиції нуклеосом (овали) у промоторі гена РНО5 дріжджів Saccharomyces cerevisiae та рівень їх присутності після активації (числа – частка часу, коли нуклеосома присутня).

Рис. 6.15 ілюструє детально досліджений приклад: присутність нуклеосом у промоторі дріжджового гена PHO5, вивчену Корнбергом зі співавторами (Roger D. Kornberg). У неактивному стані промотор містить 3 нуклеосоми у специфічних позиціях, у межах однієї знаходиться ТАТА-бокс, іншої – специфічна регуляторна послідовність. При активації промотора (цьому передує гіперацетилювання гістонів) спостерігається втрата нуклеосом в усіх трьох сайтах, але ця втрата не є повною в жодному з них. У середньому втрачається 1,9 нуклеосоми з трьох; кожна з нуклеосом від 0,18 до 0,6 (специфічно для певної нуклеосоми) частини часу зберігається в активному промоторі. Тобто при активації здійснюється певна рівновага між видаленням та реформуванням нуклеосом.

Тимчасове видалення нуклеосом з активних промоторів є загальним правилом. Тотальний аналіз розподілу нуклеосом по ділянках усього геному дріжджів вказує, що цей розподіл є нерівномірним:

– у міжгенних зонах щільність нуклеосом зменшена у порівнянні з відкритими рамками зчитування;

– регуляторні області, зокрема, промотори, містять менше нуклеосом, ніж інші міжгенні зони;

– існує зворотна кореляція між щільністю нуклеосом у промоторах та рівнем транскрипційної активності відповідних генів.