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. 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) майже завжди корелює з активацією транскрипції – ацетильовані гістонацетилтрансферазами гістони акумулюються в активних промоторах, і навпаки – дія гістондеацетилаз призводить до інактивації. Гістонацетилтрансферази (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, скажімо, через впізнання фосфорильованого Ser10 гістону Н3. Крім того, часто до складу НАТ входять бромодомени – структурні модулі, які мають специфічну спорідненість до ацетильованих лізинів. Тобто НАТ упізнають Lys, уже 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 гістону Н1, що далі сприяє деконденсації фібрили. Розгортання фібрили й 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. У результаті полегшується тимчасове руйнування нуклеосом іншими факторами: перенесення гістонів на проміжні акцептори та робота комплексів ремоделювання хроматину (див. нижче).
• Ацетильовані лізинові залишки гістонів можуть безпосередньо впізнаватися факторами й кофакторами транскрипції. Так, наявність бромодомену у складі TAFII250 (див. вище) сприяє підвищенню локальної концентрації TFIID у ацетильованих ділянках хроматину.
Доступність промоторів
Залежне від послідовності ДНК переважне позиціювання нуклеосом призводить до диференційного експонування ділянок ДНК до дії регуляторних факторів. З одного боку, будь-яка послідовність пар основ диктує певний передустановлений розподіл нуклеосом. З іншого боку, активація промоторів призводить до їхнього збіднення на нуклеосоми або за рахунок репозиціювання, або внаслідок тимчасового видалення гістонів.
Рисунок 15 ілюструє детально досліджений приклад: присутність нуклеосом у промоторі дріжджового гена PHO5, вивчену Корнбергомзі співавторами (Roger D. Kornberg).
Рис. 15. Позиції нуклеосом (овали) у промоторі гена РНО5 дріжджів Saccharomyces cerevisiae та рівень їхньої присутності після активації (числа – частка часу, коли нуклеосома присутня).
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. Це означає, що 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 указує, що він є нерівномірним: 1) у міжгенних зонах щільність нуклеосом зменшена порівняно з відкритими рамками зчитування; 2) регуляторні області, зокрема промотори, містять менше нуклеосом, ніж інші міжгенні зони; 3) існує зворотна кореляція між щільністю нуклеосом у промоторах і рівнем транскрипційної активності відповідних генів.