Сегодня мы продолжим разговор о механизмах дозовой компенсации у разных биологических организмов. В прошлой лекции мы рассмотрели, как это происходит, на примере млекопитающих, у которых самки содержат две X-хромосомы, самец содержит одну X-хромосому и одну Y-хромосому, и активность X-хромосом у самцов и у самок выравнивается за счет того, что у самок одна из X-хромосом полностью инактивируется. Таким образом, число активных X-хромосом у самцов и у самок одинаково и равно единице. Однако этот принцип работает далеко не у всех биологических объектов, биологических организмов, и сегодня мы рассмотрим контрастную ситуацию на примере классического объекта генетики — плодовой мушки Drosophila melanogaster. Как и у млекопитающих, очень похоже, самки дрозофилы содержат две X-хромосомы, самец дрозофилы содержит одну X-хромосому и Y-хромосому. Но для того чтобы выровнять экспрессию генов между двух полов, осуществляется диаметрально противоположный принцип. У дрозофилы у самок обе X-хромосомы остаются активными и обеспечивают какую-то экспрессию генов, некоторую. У самца происходит гиперактивация его единственной X-хромосомы таким образом, что те гены, которые активны на этой хромосоме, начинают экспрессироваться приблизительно в два раза сильнее, и таким образом в среднем уровень экспрессии генов на X-хромосоме у самца получается примерно такой же, как уровень экспрессии генов с X-хромосом, с двух X-хромосом у самок. На микроскопическом уровне это выглядит следующим образом: X-хромосомы у самок имеют определенную толщину, содержат определенное количество ДНК, соответственно, их видно, и они не отличаются от других хромосом. У самца X-хромосома содержит в два раза меньше ДНК, поскольку она представлена одной копией, чем X-хромосомы самок или другие хромосомы в той же клетке. Однако по толщине она получается приблизительно такая же, но более размытая, более прозрачная, можно сказать, что свидетельствует о том, что хроматин в составе единственной X-хромосомы, скомпенсированной X-хромосомы у самца, он более открыт, более доступен. Каким образом это происходит на молекулярно-биологическом уровне? У самцов присутствует специальный белковый комплекс, который называется комплекс дозовой компенсации, который состоит из нескольких белковых молекул и также из молекулы некодирующей РНК. Основным свойством этого комплекса является его способность селективно опознавать и связываться только с одной X-хромосомой у самцов. На других хромосомах в той же клетке этот комплекс никогда не выявляется. Что происходит при его связывании? Комплекс дозовой компенсации опознает и связывается со специфической модификацией гистона H3, а именно триметилирование по положению 36 в этой молекуле. Эта модификация H3K36 триметилированная характерна для активно работающих генов, и в активно работающих генах она располагается градиентом от начала к концу гена. Ровно ту же самую картину мы видим для комплекса дозовой компенсации. Он также располагается градиентом, и большее его количество находится ближе к концу гена, чем к началу. Какая еще функция у комплекса дозовой компенсации? Показано, что этот комплекс отвечает за формирование еще одной модификации гистона, гистона H4 по положению 16. Он также метилирует гистон, и получается H4K16 триметилированный. Функция этой модификации заключается в том, что хроматин декомпактизуется, становится более открытым и доступным. И именно поэтому мы видим, что на препаратах X-хромосома самцов выглядит более бледной, чем X-хромосома самок, потому что она более декомпактизована и более открыта. Механизм дозовой компенсации достаточно хорошо изучен у дрозофилы, однако есть ряд вопросов, на которые пока точных ответов не существует. Первый вопрос — это функция некодирующей РНК в составе этого комплекса. Это может быть либо чисто структурная функция, что, например, эта РНК необходима для того, чтобы комплекс правильно собрался. Может быть, эта РНК вовлечена каким-то образом в механизм распознавания именно X-хромосомы. Мы этого не знаем пока что. Второй вопрос — это то, что на X-хромосоме у дрозофилы существуют специальные входные точки. Только через эти точки, через специальные участки на X-хромосоме, комплекс дозовой компенсации может проникнуть в хроматин X-хромосомы, и дальше он начинает распространяться в стороны от этих точек. Каким образом происходит это распространение, также пока что не изучено, однако именно этот процесс позволяет достичь комплексу дозовой компенсации активно работающих генов и повысить их экспрессию, для того чтобы скомпенсировать количество, недостаток одной из X-хромосом у самца по отношению к самкам. Какое значение играет исследование дозовой компенсации у дрозофилы для эпигенетики? Действительно, эта довольно экзотическая система встречается далеко не у всех организмов, однако необходимо отметить, что целый ряд ключевых открытий и очень важных результатов был получен именно на системе дозовой компенсации у дрозофилы. Во-первых, к таким открытиям можно причислить локальное действие определенных модификаций гистонов на активность генов. То есть мы говорим, что в этом месте мы видим конкретную модификацию гистона, и мы наблюдаем эффект на активность генов. Во-вторых, именно на этой системе была показана роль некодирующей РНК в регуляции активности генов. Действительно, это был первый пример, когда некодирующая РНК оказалась настолько важна для активации генов, что, в общем, это было совершенно всем очевидно, и очень красиво показано именно на этой системе. И в-третьих, эта система дозовой компенсации показывает, что действительно можно регулировать гены не поодиночке и даже не группами, а на уровне целых хромосом, что, в общем, тоже достаточно важно в концептуальном плане для эпигенетических исследований.
