32
В ряде случаев образование гетерохроматина объясняют метилированием
ДНК. Метилированные участки ДНК транскрибируются менее активно, чем
неметилированные. Напротив, деметилирование ДНК может сопровождаться
активацией гена (см. Приложение 6). Наиболее часто метилируются
цитозиновые нуклеотиды, особенно – стоящие в цепи ДНК сразу после
гуаниновых. За поддержание метилированного состояния отвечает комплекс
ферментов ДНК-метилтрансфераз (ДНК-метилаз), а также
хроматиновых
белков.
Без метилирования невозможно нормальное развитие млекопитающих.
Метилированными оказываются прицентромерный гетерохроматин,
инактивированная Х-хромосома млекопитающих, различные повторы и
мобильные элементы. Эмбрионы мыши с генетически неактивной ДНК-
метилтрансферазой останавливаются в развитии на очень ранних стадиях и
погибают. Метилируются также регуляторные области генов при их
инактивации, причем у растений в ряде
случаев активное/инактивированное
состояние стабильно наследуется в ряду поколений, давая так называемые
эпиаллели. С другой стороны, метилирование опасно для организма: цитозин
образует метилцитозин, который при самопроизвольном дезаминировании
превращается в тимин, то есть место Ц занимает Т, что при репликации
приведет к замене Г≡Ц-пары на А=Т–пару и, следовательно, изменению
кодирующей последовательность нуклеотидов в гене. В итоге функции белка,
кодируемого этим геном, могут быть нарушены. Обычный, неметилированный
цитозин не опасен, так как при дезаминировании превращается в урацил (Ц в
У), после чего специальные ферменты репарации устраняют урацил из ДНК,
заменяя его снова цитозином.
Кроме метилирования, “выключенное” состояние генов может также
достигаться посредством укладки ДНК в нуклеосомные структуры в области их
промоторов. Нуклеосомы закрывают сайты на ДНК, предназначенные для
связывания нужных для транскрипции белков – ферментов-полимераз,
транскрипционных факторов (рис. 15). Более того, нуклеосомные цепочки
могут укладываться в пространстве таким образом, что произойдет репрессия
транскрипции очень протяженных участков хромосом. Известны также
специальные белки-репрессоры
, препятствующие транскрипции через
воздействие на гистоны.
У эукариот имеется также небольшое количество генов, которые должны
быть постоянно “включены”. В этом случае встает задача защиты промоторов
таких генов от образования нуклеосомных структур. Это достигается
следующими путями:
– факторы транскрипции успевают присоединиться к реплицируемой
ДНК в зоне промотора до присоединения гистонов (то есть
до сборки
нуклеосом);
– факторы транскрипции или специализированные белки связываются с
промоторами, содержащими нуклеосомы, вызывая дестабилизацию и
устранение последних.