Тельце гистоновых локусов

Те́льце гисто́новых ло́кусов (англ. Histone Locus Body) — ядерное тельце, представляющее собой скопление факторов транскрипции генов, кодирующих гистоны, и созревания гистоновых пре-мРНК. К числу таких факторов относят белок NPAT^[en], необходимый для транскрипции генов гистонов, а белок FLASH и малый ядерный рибонуклеопротеин U7^[en] необходим для процессинга гистоновых пре-мРНК^[1]. Тельца гистоновых локусов обнаружены в клетках млекопитающих и дрозофилы^[2]. В клетках амфибий аналогичные ядерные тельца носят название C-снурпосома^[1].

СтруктураПравить

В S-фазе в клетках человека выявляется два маленьких и два больших тельца гистоновых локусов, которые соответствуют маленьким и большим кластерам генов гистонов. В клетках тельце гистоновых локусов и тельце Кахаля обычно располагаются рядом и нередко соприкасаются. Само же тельце гистоновых локусов локализуется в области генов, кодирующих гистоны. В тельце гистоновых локусов иногда даже обнаруживается белок коилин — маркер телец Кахаля^[3]^[1]. Кроме того, в гистоновом тельце локализуется малый ядерный рибонуклеопротеин U7 и белок NPAT (Mxc в клетках дрозофилы), который фосфорилируется комплексом циклинзависимой киназы 2 и циклина E^[en] и активирует экспрессию генов гистонов. Молекулы NPAT взаимодействую друг с другом своими N-концами, и это взаимодействие критически важно для стабильности тельца гистоновых локусов. Другой белок тельца гистоновых локусов, FLASH, непосредственно участвует в процессинге 3'-концов гистоновых мРНК. у дрозофилы в тельце гистоновых локусов находится белок Mute, необходимый для миогенеза^[en] (гомолог Mute у млекопитающих называется YARP). Кроме того, он может негативно влиять на экспрессию генов гистонов^[1]. FLASH и Mute взаимодействуют с С-концевым участком NPAT/Mxc^[2].

Методы иммунофлуоресценции и окрашивания антителами позволили выявить в тельце гистоновых локусов другие белки. В основном они участвуют в транскрипции генов гистонов и процессинге их пре-мРНК. Например, CPSF-73 осуществляет разрезание гистоновых пре-мРНК, а CPSF100^[en] и симплекин служат факторами полиаденилирования^[1].

В целом, белки тельца гистоновых локусов можно подразделить на две группы. К первой относятся белки, локализующиеся в этом ядерном тельце на протяжении всего клеточного цикла и не выявляются в других местах, а во вторую группу попадают белки, которые перемещаются в тельце гистоновых локусов в S-фазе. К первой группе относятся NPAT/Mxc, FLASH и малый ядерный рибонуклеопротеин U7. Белки второй группы изучались в основном у дрозофилы, у которой гены гистонов регулируются значительно жёстче, чем в клетках млекопитающих. В эту группу попадают ключевые белки синтеза РНК: TBP^[en], РНК-полимераза II, фактор элонгации транскрипции Spt6, транскрипционные факторы, например, Myc, и белки процессинга гистоновых пре-мРНК, такие как симплекин. Эти белки в ходе всего клеточного цикла можно также выявить в нуклеоплазме. Наконец, некоторые компоненты телец гистоновых локусов, такие как коилин и шаперон Cpn10, обнаруживаются не во всех тельцах гистоновых локусов и также локализуются в других ядерных тельцах (например, в тельце Кахаля в случае коилина)^[1].

В таблице ниже представлены белки, которые можно обнаружить в тельце гистоновых локусов^[1].

Название	Роль в биосинтезе гистоновых мРНК	Организм
NPAT/Mxc	Инициация транскрипции, сборка телец гистоновых локусов	Человек, мышь, дрозофила
HiNF-P^[en]	Инициация транскрипции	Человек
РНК-полимераза II	Инициация транскрипции	Xenopus, дрозофила
TBP	Инициация транскрипции	Дрозофила
TRF2	Инициация транскрипции	Дрозофила
TFIIA	Инициация транскрипции	Дрозофила
Myc	Инициация транскрипции	Дрозофила
GAPDH^[en]	Инициация транскрипции	Дрозофила
NELF^[en]	Элонгация транскрипции	Человек
Spt6	Элонгация транскрипции	Дрозофила
ARS2^[en]	Элонгация транскрипции	Человек
FLASH	Процессинг 3'-конца мРНК, сборка тельца гистоновых локусов	Человек, мышь, дрозофила
Симплекин	Процессинг 3'-конца мРНК	Xenopus, дрозофила
ZFP100	Процессинг 3'-конца мРНК	Человек
мяРНП U7	Процессинг 3'-конца мРНК	Человек, дрозофила, рыбы, лягушки
Mute/YARP	Подавляет накопление гистоновых мРНК	Человек, дрозофила
WGE	Подавляет накопление гистоновых мРНК	Дрозофила
Abo	Подавляет накопление гистоновых мРНК	Дрозофила
HERS	Подавляет накопление гистоновых мРНК	Дрозофила
hCINAP	Неизвестна	Человек
PARP	Неизвестна	Дрозофила
Cpn10	Неизвестна	Человек
WDR79	Неизвестна; вероятно, компонент тельца Кахаля	Дрозофила
Коилин	Неизвестна	Человек, дрозофила
MPM-2	Детектирует Mxc, фосфорилированный циклином E/Cdk2	Дрозофила

ДинамикаПравить

Для начала сборки тельца гистоновых локусов необходимо, чтобы молекулы NPAT/Mxc взаимодействовали друг с другом своими N-концами, образуя структурную основу для дальнейшей сборки ядерного тельца. Интересно, что сборка тельца гистоновых локусов обладает как чертами стохастической, неупорядоченной сборки, так и строго упорядоченной сборки. Так, в клетках млекопитающих гистоновая пре-мРНК может привлекать к себе другие компоненты тельца гистоновых локусов; такой же способностью обладают некоторые белки этого ядерного тельца, что свидетельствует в пользу стохастической сборки. В то же время у дрозофилы некоторые белки тельца гистоновых локусов, например, Mxc, необходимы для привлечения в тельце других белков — в случае Mxc Mute и мяРНП U7, но не наоборот, что говорит об упорядоченной сборке. Кроме того, удалось непосредственно пронаблюдать упорядоченную сборку телец гистоновых локусов в ходе раннего эмбриогенеза дрозофилы^[1].

Показано, что у дрозофилы сборка телец гистоновых локусов начинается строго на кластере генов гистонов. Непосредственно нуклеация тельца происходит на последовательности длиной 300 пар оснований (п. о.), содержащей промоторы гистонов H3^[en]/H4^[en], а соответствующая последовательность, содержащая промоторы гистонов H2A^[en]/H2B^[en], — нет. Если заблокировать транскрипцию H3/H4, то Mxc и FLASH придут в тельце гистоновых локусов, а Mute и мяРНП U7 — нет, поэтому для сборки тельца гистоновых локусов необходима активная транскрипция генов гистонов. В то же время в тканях дрозофилы, в которых не образуются гистоновые мРНК, в фазах G1 и G2 тельца гистоновых локусов есть. Поэтому, вероятно, для нуклеации тельца гистоновых локусов необходима транскрипция с промоторов H3/H4, а не сами мРНК как таковые^[1].

В ходе митоза тельце гистоновых локусов разбирается, однако у дрозофилы небольшие количества Mxc и FLASH выявляются на конденсированных хромосомах в течение всего митоза. Механизм разборки телец гистоновых локусов при митозе неизвестен, но, возможно, в нём задействовано фосфорилирование белков ядерного тельца циклинзависимыми киназами. У дрозофилы небольшое количество NPAT/Mxc может оставаться связанным с митотическими хромосомами, отмечая собой расположение генов гистонов, и в начале интерфазы они запускают быструю сборку тельца гистоновых локусов. Подобным образом себя ведёт TBP, отмечая собой гены гистонов даже при нокдауне Mxc^[1].

Имеются некоторые свидетельства в пользу того, что при сборке телец гистоновых локусов наблюдается разделение фаз на границе жидкость-жидкость^[en] (или просто разделение фаз). Для разделения фаз необходимы белки, содержащие участки низкой сложности^[en] (англ. Intrinsically disordered regions (IDRs)), и, в самом деле, они имеются у белков Mxc, NPAT, FLASH и Mute. Известно также, что разделению фаз способствует поли(АДФ-рибоза), и поли(АДФ-рибоза)-полимераза была обнаружена в тельцах гистоновых локусов у дрозофилы^[1].

ФункцииПравить

У дрозофилы и млекопитающих в тельце гистоновых локусов происходит биосинтез гистоновых мРНК. В этих ядерных тельцах сконцентрированы различные белковые факторы, задействованные в экспрессии генов гистонов. Когда клетка вступает в S-фазу, уровень гистоновых мРНК в клетке резко повышается, поскольку после активации комплекса циклин E/Cdk2 запускается транскрипция генов гистонов и процессинг пре-мРНК гистонов. Как упоминалось выше, комплекс циклин E/Cdk2 фосфорилирует NPAT, что и запускает экспрессию генов гистонов, а также привлекает в тельце гистоновых локусов факторы процессинга пре-мРНК, например, симплекин^[1].

Любопытно, что некоторые гены, кодирующие белки телец гистоновых локусов у дрозофилы, первоначально были открыты в связи с поиском мутаций, затрагивающих развитие органов. Например, мутации гена mxc выражаются в изменении строения ног у самцов. Ген Mute был открыт как ген, необходимый для развития мышц в ходе эмбриогенеза. Сверхэкспрессия гена wge приводит к превращению глаза в крыло^[1].

ПримечанияПравить

↑ ¹ ² ³ ⁴ ⁵ ⁶ ⁷ ⁸ ⁹ ¹⁰ ¹¹ ¹² ¹³ Duronio R. J., Marzluff W. F. Coordinating cell cycle-regulated histone gene expression through assembly and function of the Histone Locus Body. (англ.) // RNA Biology. — 2017. — 3 June (vol. 14, no. 6). — P. 726—738. — doi:10.1080/15476286.2016.1265198. — PMID 28059623. [исправить]
↑ ¹ ² Marzluff W. F., Koreski K. P. Birth and Death of Histone mRNAs. (англ.) // Trends In Genetics : TIG. — 2017. — October (vol. 33, no. 10). — P. 745—759. — doi:10.1016/j.tig.2017.07.014. — PMID 28867047. [исправить]
↑ Nizami Z., Deryusheva S., Gall J. G. The Cajal body and histone locus body. (англ.) // Cold Spring Harbor Perspectives In Biology. — 2010. — July (vol. 2, no. 7). — P. 000653—000653. — doi:10.1101/cshperspect.a000653. — PMID 20504965. [исправить]

[:1-1] ¹ ² ³ ⁴ ⁵ ⁶ ⁷ ⁸ ⁹ ¹⁰ ¹¹ ¹² ¹³ Duronio R. J., Marzluff W. F. Coordinating cell cycle-regulated histone gene expression through assembly and function of the Histone Locus Body. (англ.) // RNA Biology. — 2017. — 3 June (vol. 14, no. 6). — P. 726—738. — doi:10.1080/15476286.2016.1265198. — PMID 28059623. [исправить]

[:3-2] ¹ ² Marzluff W. F., Koreski K. P. Birth and Death of Histone mRNAs. (англ.) // Trends In Genetics : TIG. — 2017. — October (vol. 33, no. 10). — P. 745—759. — doi:10.1016/j.tig.2017.07.014. — PMID 28867047. [исправить]

[:2-3] Nizami Z., Deryusheva S., Gall J. G. The Cajal body and histone locus body. (англ.) // Cold Spring Harbor Perspectives In Biology. — 2010. — July (vol. 2, no. 7). — P. 000653—000653. — doi:10.1101/cshperspect.a000653. — PMID 20504965. [исправить]

[1]

[2]

[3]