Войти
инсулятор представляет собой тип цис-регуляторного элемента, известного как регуляторный элемент дальнего действия. Обнаруженный у многоклеточных эукариот и работающий на расстояниях от элемента промотора целевого гена, размер инсулятора обычно составляет от 300 п.н. до 2000 п.н. в длину. Инсуляторы содержат сгруппированные сайты связывания для конкретных последовательностей ДНК-связывающих белков и опосредуют внутри- и меж- хромосомные взаимодействия.
Инсуляторы действуют либо как энхансер, -блокатор или барьер, или оба. Механизмы, с помощью которых инсулятор выполняет эти две функции, включают образование петли и модификации нуклеосомы. Существует множество примеров изоляторов, включая изолятор CTCF, изолятор gypsy и локус β-глобин. Инсулятор CTCF особенно важен для позвоночных, тогда как цыганский изолятор участвует в Drosophila. Локус β-глобина сначала был изучен на курице, а затем на людях на предмет его инсуляторной активности, оба из которых используют CTCF.
Генетические последствия инсуляторов заключаются в их участии в механизме импринтинга и их способность регулировать транскрипцию. Мутации инсуляторов связаны с раком в результате нарушения регуляции клеточного цикла, туморогенеза и подавления подавления роста.
Инсуляторы выполняют две основные функции:
В то время как блокирование энхансера классифицируется как межхромосомное взаимодействие, действие барьера классифицируется как внутрихромосомное взаимодействие. Потребность в инсуляторах возникает, когда два соседних гена на хромосоме имеют очень разные образцы транскрипции ; очень важно, чтобы механизмы индукции или репрессии одного из них не мешали работе соседнего гена. Также было обнаружено, что инсуляторы группируются на границах топологически ассоциированных доменов (TAD) и могут играть роль в разделении генома на «хромосомные окрестности» - области генома, внутри которых происходит регуляция.
Некоторые изоляторы могут действовать как блокаторы энхансеров и барьеры, а некоторые выполняют только одну из двух функций. Вот некоторые примеры различных инсуляторов:
Аналогичный механизм действия для инсуляторов, блокирующих энхансеры; Домены петли хроматина образуются в ядре, которое разделяет энхансер и промотор целевого гена. Петлевые домены образуются посредством взаимодействия между элементами, блокирующими энхансер, взаимодействующими друг с другом или прикрепляющими волокно хроматина к структурным элементам внутри ядра. Действие этих инсуляторов зависит от их расположения между промотором целевого гена и энхансером выше или ниже по течению. Конкретный способ, которым инсуляторы блокируют энхансеры, зависит от механизма действия энхансеров. Энхансеры могут напрямую взаимодействовать со своими целевыми промоторами посредством образования петель (модель прямого контакта), и в этом случае инсулятор предотвращает это взаимодействие за счет образования петлевого домена, который разделяет сайты энхансера и промотора и предотвращает образование петли промотор-энхансер. Энхансер также может воздействовать на промотор посредством сигнала (модель отслеживания действия энхансера). Этот сигнал может быть заблокирован инсулятором посредством нацеливания на нуклеопротеиновый комплекс в основании образования петли.
Барьерная активность была связана с нарушением определенных процессов в путь образования гетерохроматина. Эти типы инсуляторов модифицируют нуклеосомный субстрат в реакционном цикле, который играет центральную роль в образовании гетерохроматина. Модификации достигаются с помощью различных механизмов, включая удаление нуклеосомы, при котором элементы, исключающие нуклеосомы, нарушают распространение гетерохроматина и молчание (опосредованное хроматином молчание). Модификация также может быть осуществлена путем набора гистонацетилтрансферазы (ов) и АТФ-зависимых комплексов ремоделирования нуклеосом.
Инсулятор CTCF по-видимому, обладает активностью блокирования энхансеров через свою трехмерную структуру и не имеет прямой связи с барьерной активностью. В частности, позвоночные животные, по-видимому, в значительной степени полагаются на инсулятор CTCF, однако идентифицировано много различных последовательностей инсулятора. Изолированные окрестности, образованные физическим взаимодействием между двумя локусами ДНК, связанными с CTCF, содержат взаимодействия между энхансерами и их генами-мишенями.
Одним из механизмов регуляции CTCF является метилирование его последовательности ДНК. Известно, что белок CTCF благоприятно связывается с неметилированными сайтами, из этого следует, что метилирование CpG-островков является точкой эпигенетической регуляции. Примером этого является импринтированный локус Igf2-H19, где метилирование отцовской импринтированной контрольной области (ICR) предотвращает связывание CTCF. Второй механизм регуляции - это регуляция белков, которые необходимы для полноценного функционирования инсуляторов CTCF. Эти белки включают, но не ограничиваются ими, когезин, РНК-полимеразу и CP190.
Элемент инсулятора, который содержится в цыганский ретротранспозон Drosophila является одной из нескольких последовательностей, которые были подробно изучены. Цыганский изолятор можно найти в 5 'нетранслируемой области (UTR) элемента ретротранспозона. Gypsy влияет на экспрессию соседних генов, ожидающих встраивания в новое геномное местоположение, вызывая мутантные фенотипы, которые являются тканеспецифичными и присутствуют на определенных стадиях развития. Инсулятор, вероятно, оказывает ингибирующее действие на энхансеры, которые контролируют пространственную и временную экспрессию пораженного гена.
Первые примеры инсуляторов у позвоночных были обнаружены у кур β -глобиновый локус, cHS4. cHS4 отмечает границу между активным эухроматином в β-глобиновом локусе и расположенной выше гетерохроматиновой областью, которая является сильно конденсированной и неактивной. Инсулятор cHS4 действует как барьер для опосредованного хроматином сайленсинга через распространение гетерохроматина, а также блокирует взаимодействия между энхансерами и промоторами. Отличительной особенностью cHS4 является то, что он имеет повторяющуюся гетерохроматическую область на своем 5'-конце.
Гомологом человеческого β-глобинового локуса cHS4 является HS5. В отличие от куриного β-глобинового локуса, человеческий β-глобиновый локус имеет открытую структуру хроматина и не фланкирован 5'-гетерохроматической областью. Считается, что HS5 является генетическим инсулятором in vivo, поскольку он обладает активностью по блокированию энхансеров и барьерным действием для трансгена.
CTCF впервые был охарактеризован по его роли в регуляции экспрессии гена β-глобина. В этом локусе CTCF функционирует как связывающий инсулятор белок, образующий хромосомную границу. CTCF присутствует как в локусе β-глобина курицы, так и в локусе β-глобина человека. Внутри cHS4 куриного β-глобинового локуса CTCF связывается с областью (FII), которая отвечает за блокирующую активность энхансера.
Способность энхансеров для активации импринтированных генов зависит от присутствия инсулятора на неметилированном аллеле между двумя генами. Примером этого является импринтированный локус Igf2-H19. В этом локусе белок CTCF регулирует импринтированную экспрессию путем связывания с неметилированной материнской импринтированной контрольной областью (ICR), но не с отцовской ICR. При связывании с неметилированной материнской последовательностью CTCF эффективно блокирует взаимодействие нижележащих энхансерных элементов с промотором гена Igf2, оставляя только ген H19, который экспрессируется.
Когда инсуляторные последовательности расположены в непосредственной близости от промотора гена, было высказано предположение, что они могут служить для стабилизации взаимодействий энхансер-промотор. Когда они расположены дальше от промотора, элементы инсулятора будут конкурировать с энхансером и мешать активации транскрипции. У эукариот образование петель является обычным явлением для сближения дистальных элементов (энхансеров, промоторов, контролирующих локус областей ) для взаимодействия во время транскрипции. Таким образом, механизм блокирующих энхансеры инсуляторов, если они находятся в правильном положении, может играть роль в регулировании активации транскрипции.
Инсуляторы CTCF влияют на экспрессию генов, участвующих в процессы регуляции клеточного цикла, которые важны для роста клеток, дифференцировки клеток и запрограммированной гибели клеток (апоптоз ). Два из этих генов регуляции клеточного цикла, которые, как известно, взаимодействуют с CTCF, - это hTERT и C-MYC. В этих случаях мутация потери функции гена инсулятора CTCF изменяет паттерны экспрессии и может повлиять на взаимодействие между ростом, дифференцировкой и апоптозом клеток и привести к опухолеобразованию или другим проблемам.
CTCF также необходим для экспрессии гена репрессора опухоли ретинобластомы (Rb), и мутации и делеции этого гена связаны с злокачественными новообразованиями. Когда сайт связывания CTCF удаляется, экспрессия Rb снижается, и опухоли могут развиваться.
Другие гены, кодирующие регуляторы клеточного цикла, включают BRCA1 и p53, которые подавляют рост, подавляются при многих типах рака и экспрессия которых контролируется CTCF. Утрата функции CTCF в этих генах приводит к подавлению подавления роста и способствует образованию рака.
Среда, относящаяся к Insulator ( genetics) в Wikimedia Commons