В контроле экспрессии генов участвуют энхансеры – небольшие цис-регуляторные элементы, которые представляют собой последовательности ДНК, расположенные на значительном расстоянии от промотора. С энхансерами связываются транскрипционные факторы и определяют временную и пространственную экспрессию многих генов. Энхансеры могут усиливать экспрессию генов вне зависимости от своей ориентации. Энхансеры многоклеточных маркированы гистоновыми модификациями: H3K4me1 (метилирование 4-го лизина гистона H3) или H3K27ac (ацетилирование 27-го лизина гистона H3) (рисунок 1).

Происхождение и эволюция энхансеров изучена плохо. Не найдены консервативные последовательности, принадлежащие энхансерам. Происходит это из-за того, что энхансеры эволюционируют слишком быстро. Только 1% ткане-специфичных энхансеров человека консервативны у млекопитающих, сходство энхансеров у более отдаленных групп – крайне редкое явление. Однако не исключено, что энхансеры могут быть такими же древними как и транскрипционные факторы, с которыми они взаимодействуют. В статье, опубликованной в журнале Science, группа австралийских ученых, Wong с соавторами, попытались доказать это экспериментальным путем.

Авторы этой статьи искали энхансеры у древнейшего многоклеточного, сохранившегося в наши дни - австралийской губки Amphimedon queenslandica. Поиск осуществляли с помощью метода иммунопрецепетации хроматина с антителами к модифицированным гистонам H3. В результате найдено около 60 консервативных микросинтетических регионов. Консервативные микросинтетические регионы представляют собой области, состоящие из цис-регуляторных последовательностей (энхансеров) и генов, которые они контролируют (часто эти гены регулируют развитие организма). Принадлежащие им энхансеры и гены находятся в ядре в пределах одного региона, так называемого, топологически ассоциированного домена (TAD). Упрощенная схема микросинтетического региона показана на рисунке 2. Оказалось, что 52 из 60 консервативных микросинтетических регионов Amphimedon имели на стадии личинки или взрослой особи хотя бы одну гистоновую метку, специфичную для энхансеров. При этом ни один из найденных энхансеров не обладал сходством с известными энхансерами позвоночных. Из 52 последовательностей авторы выбрали для дальнейших исследований один энхансер, который был найден сразу в трех консервативных микросинтетических регионах - Islet-Scaper, Tdrd3-Diaph3 и Ccne1-Uri. На предполагаемых энхансерах найдены мотивы, связывающие транскрипционные факторы. Проверено, что экспрессия этих транскрипционных факторов коррелирует с экспрессией генов, находящихся под контролем энхансеров.

Чтобы проверить, будет ли работать найденный энхансер в позвоночных, был создан трансгенный эмбрион рыбы данио, несущий консервативный микросинтетический регион Islet-Scaper губки, размером 15 тысяч пар оснований (по). У трансгенного эмбриона данио наблюдали экспрессию Amphimedon Islet на той же стадии развития, на которой экспрессируются паралоги этого гена Islet1, Islet2a и Islet2b. Следовательно энхансер локуса Islet-Scaper узнавался транскрипционными факторами данио. Далее была проверена ткане-специфичность энхансеров губки в трансгенных рыбах. Оказалось, что энхансеры из трех микросинтетических регионов Islet-Scaper, Tdrd3-Diaph3 и Ccne1-Uri могли запускать экспрессию флуоресцентного белка GFP в специфической популяции клеток. Таким образом, энхансеры губок могли осуществлять правильную временную и пространственную экспрессию в эмбрионах данио, используя ее транскрипционные факторы. Далее энхансеры из регионов Islet-Scaper, Tdrd3-Diaph3 и Ccne1-Uri были использованы для экспрессии репортерной конструкции LacZ в трансгенных эмбрионах мыши, где они тоже показали тканеспецифичность. Таким образом, все проанализированные микросинтетические энхансеры губок могли осуществлять тканеспецифичную экспрессию в позвоночных, несмотря на отсутствие сходства в нуклеотидных последовательностях между энхансерами губок и позвоночных. Это наводит на мысль, что комбинация сайтов связывания для транскрипционных факторов имеет сходство у всех животных.

Чтобы определить, какие последовательности энхансеров eISLs участвуют в связывании транскрипционных факторов, было сделано несколько делеций (рисунок 3). Три из четырех делеций показали изменения в паттерне экспрессии, следовательно множественные сайты в составе энхансера определяют его тканеспецифичную активность.

Авторы нашли предполагаемые энхансеры eISL у позвоночных и посмотрели, какие мотивы связывания транскрипционных факторов у них присутствуют. Хотя предполагаемые энхансеры eISL губки, рыбы, человека и мыши были высоко вариабельны в последовательностях, мотивы связывания транскрипционных факторов и их частоты были общими для всех видов.

Сходство между губками и позвоночными, которых разделяет 700 миллионов лет эволюции, наводит на мысль, что порядок и качественный состав мотивов связывания в энхансерах представляет собой консервативный регуляторный код, общий для всех животных.

Новость подготовила © Кравчук О.И.

20.11.2020