БИОХИМИЯ, 2020, том 85, вып. 4, с. 547–555
УДК 577.214.6; 575.113.2
Высокий уровень транскрипции гена на стадии эмбриона приводит к подавлению его гетерохроматиновой транс-инактивации у взрослых особей Drosophila melanogaster*,**
Институт молекулярной генетики РАН, 123182 Москва, Россия; электронная почта: slavrov@img.ras.ru
Поступила в редакцию 30.12.2019
После доработки 24.02.2020
Принята к публикации 24.02.2020
DOI: 10.31857/S0320972520040077
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: гетерохроматин, Drosophila, эффект положения, транс-инактивация, экспрессия, GAL4, GAL80ts.
Аннотация
Перемещение гена в результате хромосомной перестройки из эухроматина к конститутивному гетерохроматину может сопровождаться эпигенетической инактивацией этого гена – цис-инактивацией. При гетерохроматиновой транс-инактивации происходит репрессия репортерных трансгенов в нормальной хромосоме под воздействием вызывающей цис-инактивацию гомологичной хромосомы с перестройкой. Транс-инактивация является результатом соматического спаривания гомологов и перемещения участка нормальной хромосомы в гетерохроматиновый компартмент ядра. Показано, что степень транс-инактивация репортерного гена UAS-eGFP под влиянием перестройки In(2)A4 у взрослых мух зависит от уровня его транскрипции. В настоящей работе детально исследовали эпигенетическое наследование активного/репрессированного состояния транс-инактивируемого репортерного гена при разных уровнях экспрессии путем измерения уровня флуоресценции eGFP в отдельных клетках мальпигиевых сосудов взрослых мух. Было обнаружено, что высокий уровень экспрессии на эмбриональной стадии препятствует транс-инактивации eGFP у взрослых особей даже при низком уровне экспрессии на постэмбриональных стадиях развития.
Текст статьи
Сноски
* Приложение к статье на английском языке опубликовано на сайте журнала «Biochemistry» (Moscow) и на сайте издательства Springer (https://link.springer.com/journal/10541), том 85, вып. 4, 2020.
** Первоначально английский вариант рукописи опубликован на сайте «Biochemistry» (Moscow) http://protein.bio.msu.ru/biokhimiya, в рубрике «Papers in Press», BM19-351, 13.04.2020.
*** Адресат для корреспонденции.
Финансирование
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант № 19-74-20178) в части синтеза генотипов мух с регулируемой транс-инактивацией с дальнейшим использованием в исследованиях и Российского фонда фундаментальных исследований (гранты № 17-04-01984 А и № 17-00-00282 КОМФИ) в части молекулярно-биологических экспериментов и биоинформационного анализа полученных данных.
Конфликт интересов
Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов.
Соблюдение этических норм
Настоящая статья не содержит описания выполненных авторами исследований с участием людей или использованием животных в качестве объектов.
Список литературы
1. Elgin, S. C., and Reuter, G. (2013) Position-effect variegation, heterochromatin formation, and gene silencing in Drosophila, Cold Spring Harb. Perspect. Biol., 5, a017780, doi: 10.1101/cshperspect.a017780.
2. Weiler, K. S., and Wakimoto, B. T. (1995) Heterochromatin and gene expression in Drosophila, Annu. Rev. Genet., 29, 577-605, doi: 10.1146/annurev.ge.29.120195.003045.
3. Spofford, J. B., (1976) Position-effect variegation in Drosophila, in The Genetics and Biology of Drosophila, Academic press. p. 955.
4. Csink, A. K., Bounoutas, A., Griffith, M. L., Sabl, J. F., and Sage, B. T. (2002) Differential gene silencing by trans-heterochromatin in Drosophila melanogaster, Genetics, 160, 257-269.
5. Martin-Morris, L. E., Csink, A. K., Dorer, D. R., Talbert, P. B., and Henikoff, S. (1997) Heterochromatic trans-inactivation of Drosophila white transgenes, Genetics, 147, 671-677.
6. Абрамов Ю. А., Кибанов М. В., Гвоздев В. А., Лавров С. А. (2011) Генетический и молекулярный анализы явления транс-инактивации генов у Drosophila melanogaster, обусловленного эугетерохроматиновой перестройкой гомологичной хромосомы, Доклады Академии Наук, 437, 261-265.
7. Thakar, R., and Csink, A. K. (2005) Changing chromatin dynamics and nuclear organization during differentiation in Drosophila larval tissue, J. Cell Sci., 118, 951-960, doi: 10.1242/jcs.01684.
8. Thakar, R., Gordon, G. and Csink, A. K. (2006) Dynamics and anchoring of heterochromatic loci during development, J. Cell Sci., 119, 4165-4175, doi: 10.1242/jcs.03183.
9. Abramov, Y. A., Shatskikh, A. S., Maksimenko, O. G., Bonaccorsi, S., Gvozdev, V. A., and Lavrov, S. A. (2016) The differences between cis– and trans-gene inactivation caused by heterochromatin in Drosophila, Genetics, 202, 93-106, doi: 10.1534/genetics.115.181693.
10. Shatskikh, A. S., Abramov, Y. A. and Lavrov, S. A. (2017) Trans-inactivation: repression in a wrong place, Fly (Austin), 11, 96-103, doi: 10.1080/19336934.2016.1225634.
11. Shatskikh, A. S., Olenkina, O. M., Solodovnikov, A. A., and Lavrov, S. A. (2018) Regulated gene expression as a tool for analysis of heterochromatin position effect in Drosophila, Biochemistry (Moscow), 83, 542-551, doi: 10.1134/S0006297918050073.
12. Лавров С. А., Шацких А. С., Кибанов М. В., Гвоздев В. А. (2013) Транскрипционная инактивация генов при эффекте положения у D. melanogaster коррелирует на уровне отдельных клеток с их перемещением в гетерохроматиновый компартмент ядра, Молекулярная биология, 47, 1-6.
13. Mcguire, S. E., Le, P. T., Osborn, A. J., Matsumoto, K., and Davis, R. L. (2003) Spatiotemporal rescue of memory dysfunction in Drosophila, Science, 302, 1765-1768, doi: 10.1126/science.1089035.
14. Lee, T., and Luo, L. (1999) Mosaic analysis with a repressible cell marker for studies of gene function in neuronal morphogenesis, Neuron, 22, 451-461, doi: 10.1016/s0896-6273(00)80701-1.
15. Lloyd, V. K., Dyment, D., Sinclair, D. A., and Grigliatti, T. A. (2003) Different patterns of gene silencing in position-effect variegation, Genome, 46, 1104-1117, doi: 10.1139/g03-070.
16. Lu, B. Y., Bishop, C. P., and Eissenberg, J. C. (1996) Developmental timing and tissue specificity of heterochromatin-mediated silencing, EMBO J., 15, 1323-1332.
17. Weiler, K. S., and Wakimoto, B. T. (1998) Chromosome rearrangements induce both variegated and reduced, uniform expression of heterochromatic genes in a development-specific manner, Genetics, 149, 1451-1464.
18. Ahmad, K., and Henikoff, S. (2001) Modulation of a transcription factor counteracts heterochromatic gene silencing in Drosophila, Cell, 104, 839-847.
19. Sage, B. T., Wu, M. D. and Csink, A. K. (2008) Interplay of developmentally regulated gene expression and heterochromatic silencing in trans in Drosophila, Genetics, 178, 749-759, doi: 10.1534/genetics.107.083105.
20. Gautam, N. K., Verma, P., and Tapadia, M. G., (2017) Drosophila malpighian tubules: a model for understanding kidney development, function, and disease, in Kidney Development and Disease, (R.K. Miller, Editor.), Springer International Publishing: Cham, pp. 3-25.
21. Lamb, M. J. (1982) The DNA content of polytene nuclei in midgut and Malpighian tubule cells of adult Drosophila melanogaster, Wilhelm Roux’s archives of developmental biology, 191, 381-384, doi: 10.1007/bf00879628.
22. Vogel, M. J., Pagie, L., Talhout, W., Nieuwland, M., Kerkhoven, R. M., and Van Steensel, B. (2009) High-resolution mapping of heterochromatin redistribution in a Drosophila position-effect variegation model, Epigenetics Chromatin, 2, 1, doi: 10.1186/1756-8935-2-1.
23. Harmon, B., and Sedat, J. (2005) Cell-by-cell dissection of gene expression and chromosomal interactions reveals consequences of nuclear reorganization, PLoS Biol., 3, e67, doi: 10.1371/journal.pbio.0030067.
24. Saha, P., Sowpati, D. T. and Mishra, R. K. (2019) Epigenomic and genomic landscape of Drosophila melanogaster heterochromatic genes, Genomics, 111, 177-185, doi: 10.1016/j.ygeno.2018.02.001.