Група вчених з США виявила в геномі коловраток з класу Bdelloidea N4-метилцитозин - модифікований нуклеотид, який раніше вважався характерним тільки для бактерій. Автори припускають, що скупчення N4-метилцитозинів в областях, що містять транспозони, може бути однією з причин щодо повільного розмноження мобільних генетичних елементів в геномі цих організмів. Стаття, що розповідає про дослідження, опублікована в журналі.
Епігенетичні мітки - це ковалентні модифікації нуклеотидів, які дозволяють записати в геном деяку додаткову інформацію. У бактерій епігенетичні мітки зустрічаються в основному в системах рестрикції-модифікації, які дозволяють відрізнити «свою» ДНК від ДНК бактеріофагу.
У еукаріот модифікації нуклеотидів зазвичай регулюють експресію генів і перешкоджають поширенню транспозонів - послідовностей, здатних до самостійного переміщення всередині геному. У еукаріот зустрічається два основних типи епігенетичних міток: це цитозин з метильованим C5-атомом (5mC) і аденін з метильованим N6-атомом (6mA). У бактерій зазвичай зустрічається цитозин, метильований за N4-положенням (4mC), і до недавнього часу вважалося, що у еукаріот така модифікація не зустрічається.
Група вчених під керівництвом Ірини Архипової (Irina Arkhipova) з Морської біологічної лабораторії виявила, що N4-метилцитозин зустрічається не тільки у бактерій, але і у коловраток з класу Bdelloidea. Ці безхребетні відомі своєю здатністю включати в свій геном чужорідні гени (8-12 відсотків білок-кодуючих генів цих тварин мають бактеріальне походження). Біологи виявили у представника цього сімейства коловратки ген, що кодує білок N4CMT. Цей білок дуже схожий на бактеріальну метилтрансферазу, яка метилує цитозин по N4-атому. Автори відзначають, що цей білок зустрічається у інших представників класу Bdelloidea, але відсутній у інших еукаріот, у тому числі у тварин з спорідненого класу Monogononta. За допомогою дот-блоттингу - методу, який дозволяє детектувати в зразку цікаві макромолекули (в нашому випадку - модифіковані нуклеотиди) - вчені підтвердили, що метилтрансфераза N4CMT дійсно здатна метилувати N4-атом цитозину в організму.
Експресія генів регулюється не тільки модифікаціями нуклеотидів, але щільністю упаковки ДНК. Нитка ДНК у клітині накручується на білки гістони, що збільшує її компактність. Залежно від модифікацій гістонів щільність упаковки ДНК може збільшуватися - це буде ускладнювати посадку на ДНК білків, необхідних для транскрипції. Сукупність щільно упакованих ділянок ДНК називається гетерохроматином. ДНК, яка упакована менш щільно, називається еухроматином, і експресія таких ділянок йде більш активно.
Існує кілька модифікацій гістонів, що впливають на щільність упаковки хроматину. Метилювання 9 або 27 лізину в послідовності гістона H3 (H3K9me3 і H3K27me3, відповідно) призводить до переходу ділянки ДНК у стан гетерохроматину. У свою чергу метилювання лізину 4 (H3K4me3) призводить до перетворення в еухроматин. Для того щоб оцінити взаємозв'язок зустрічності модифікованих нуклеотидів з активністю експертизи з даної ділянки вчені використовували імунопреципітацію хроматину (ChIP-seq). У цьому методі біологи використовували антитіла до модифікованих гістонів. Потім послідовності, пов'язані з гістонами, виділяли і секвенували. Аналіз показав, що ділянки з підвищеною зустрічуваністю 4mC і 6mA перекривалися з ділянками, що знаходяться поруч з гістонами H3K9me3 і H3K27me3 - маркерами гетерохроматину.
Такі області з високою зустрічуваністю 4mC і високою щільністю упаковки хроматину включали в себе в тому числі і ділянки, що містять транспозони. Автори зазначають, що транспозони, які містять 4mC модифікації, мали в геномі Bdelloidea менше копій, ніж послідовності, які не містили таких міток (p = 6,8 − 10 − 8). Вчені зазначають, що коловратки з класу Bdelloidea загалом відрізняються відносно маленькою кількістю транспозонів, тоді як у спорідненого їм класу Monogononta транспозони можуть становити половину геному.
Крім наявності бактеріальної метилтрансферази, в геномі Bdelloidea збільшено число копій гена, що кодує білок SETDB1. SETDB1 - метилтрансфераза, яка розпізнає нуклеотидні послідовності і метилує гістони, перетворюючи їх на H3K9me3 і H3K27me3. Автори припускають, що SETDB1 у коловраток з класу Bdelloidea мутувала і почала розпізнавати послідовності, що містять 4mC-нуклеотиди. Скупчення таких нуклеотидів поруч з областями геному, що містять транспозони, призвело до «замовчування» таких областей, чим і пояснюється знижена частота зустрічності транспозонів в геномі Bdelloidea.
Раніше ми писали про те, як за допомогою епігенетичних маркерів вчені передбачили максимальну тривалість життя китів і мамонтів, а також визначили біологічний вік голих землекопів.