Открытие, сделанное группой ученых из Университета Индианы, состоящей из 12 человек, во главе с биологом и биохимиком из IU Крейгом Пикардом, дает важное новое понимание того, как клетки растений знают, как заставить замолчать генетический локус — это конкретное место на хромосоме, где расположен ген. — в каждом последующем поколении.Вместо того, чтобы полагаться на внутреннюю информацию, основанную на последовательностях ДНК, клетки должны помнить о необходимости заглушить определенные локусы, полагаясь на химические метки, отображаемые на комплексе ДНК и белков, называемом хроматином. Добавление или удаление одноуглеродных (метил) или двухуглеродных (ацетил) химических меток — это способы модификации хроматина, которые могут передавать дополнительную эпигенетическую (буквально «сверх генетическую») информацию в локус, помимо генетической информации, закодированной в ДНК.Способность сохранять метки хроматина служит формой эпигенетической памяти, которая дает то, что Пикаард называет идентичностью тихого локуса, предустановленное состояние, необходимое для того, чтобы клетка доставляла в локусы механизм, который фактически выполняет молчание в многоступенчатом процессе. известное как РНК-направленное метилирование ДНК (RdDM).
RdDM включает короткие интерферирующие РНК (миРНК), крошечные молекулы РНК длиной 24 нуклеотида, которые направляют добавление метильных групп к совпадающим цепям ДНК, в конечном итоге делая гены неактивными.«Важно отметить, что эта работа показывает, что идентичность молчащего локуса необходима для фактического молчания генов, но отделима от нее», — сказал Пикаард. «Мы обнаружили, что эпигенетическое наследование — это двухэтапный процесс, при котором наследуемая спецификация идентичности молчащего локуса происходит до того, как может произойти фактическое замалчивание локуса».Ученые заинтересованы в эпигенетическом наследовании, потому что это процесс, посредством которого происходят наследственные модификации функции генов без необходимости изменения базовой последовательности ДНК организма. Состояния болезни, такие как рак, которые возникают спорадически в течение жизни человека, все чаще признаются как имеющие эпигенетическую основу.
Пикард сказал, что новая работа не только проливает важный новый свет на механизмы, ответственные за эпигенетическое наследование, тему, представляющую широкий интерес в областях генетики и хромосомной биологии, но также помогает объяснить основу для привлечения двух специфичных для растений генов. ферменты — РНК-полимеразы Pol IV и Pol V — впервые были идентифицированы Пикардом в 1999 году.В частности, исследователи проверили и определили взаимосвязь между гистондеацетилазой 6 (HDA6), ферментом, удаляющим ацетильные группы из гистонов, и метилтрансферазой, поддерживающей последовательность ДНК CG, MET1, и обнаружили, что их партнерство в поддерживающем метилировании может объяснить сохранение эпигенетического память, которая отвечает за молчаливую идентичность локуса.«В совокупности наши результаты показывают, что скрытая идентичность локуса сохраняется из поколения в поколение благодаря действиям HDA6 и MET1», — сказал Пикаард. «Этих действий недостаточно, чтобы замолчать локусы, но поддерживать состояние хроматина, необходимое для рекрутирования Pol IV, биогенеза siRNA и RdDM, что в конечном итоге заставляет локусы замолчать». Когда команда удалила путь RdDM в мутантных штаммах Pol IV и Pol V модельного растения Arabidopsis thaliana (рок-кресс), все сайленсинг генов был утерян, но идентичность молчащего локуса сохранилась.
Затем они удалили HDA6 и MET1-зависимый процесс, который определяет идентичность молчащего локуса и, что важно, эпигенетическая память, необходимая для идентичности молчащего локуса, была потеряна и не могла быть восстановлена.