Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Новые аспекты эффекта положения трансгенов Drosophila melanogaster

ВАК РФ 03.00.26, Молекулярная генетика

Автореферат диссертации по теме "Новые аспекты эффекта положения трансгенов Drosophila melanogaster"

На правах рукописи УДК 575.22.595.773.4

Силичева Маргарита Александровна

Новые аспекты эффекта положения трансгенов ВгощМЫ melanogaster

Специальность 03.00.26 - молекулярная генетика

АВТОРЕФЕРАТ Диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва 2008

_ о - " 1

3 0

003451367

Работа выполнена в группе Молекулярной Генетики Дрозофилы Учреждения Российской академии наук Институт биологии гена РАН

Научный руководитель:

Кандидат биологических наук Максименко Оксана Генадьевна

Официальные оппоненты:

Доктор биологических наук профессор Крамеров Дмитрий Александрович

Кандидат биологических наук Куликов Алексей Михайлович

Ведущая организация:

Учреждение Российской академии наук Институт общей генетики им.Н.И.Вавилова РАН

Защита состоится « {3 » ноября 2008 г. в « // » часов, на заседании Диссертационного совета Д 002.37.01 при Учреждении Российской академии наук Институт биологии гена РАН по адресу: 119334, Москва, ул. Вавилова, д. 34/5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Учреждения Российской академии наук Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН по адресу: 119991, Москва, В-334, ул. Вавилова, д. 32.

Автореферат разослан « _» ¿ООЪтот

Ученый секретарь Диссертационного совета

канд. фарм. наук ^^^^^--^^^^^Л.С.Грабовская

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Транскрипция является одним из важнейших этапов реализации генетической информации. Транскрипция эукариот регулируется многочисленными цис- и транс-факторами, соответственно, регуляторными последовательностями и белками, которые осуществляют взаимодействие между дальними (энхаисерами, сайленсерами) и ближними (проксимальный промотор, коровый промотор) регуляторными элементами. Для правильной работы гена необходимо, чтобы на промотор гена воздействовали только «свои» регуляторные последовательности. Однако регуляторные последовательности не являются абсолютно специфичными. Энхансеры могут активировать не только свой промотор (хотя специальные последовательности-коммуникаторы сильно повышают специфичность энхансера), но и другие доступные промоторы. Это может нарушать правильную регуляцию генов. Отчасти эту проблему помогают решить инсуляторы - последовательности, препятствующие взаимодействию промотора с энхансером. Предполагается, что они способны взаимодействовать друг с другом, образуя независимые транскрипционные домены (Geyer 1997).

Неспецифичностью регуляторных элементов в значительной степени объясняется эффект положения - различный уровень экспрессии гена в разном нуклеотидном окружении. Эффект положения наблюдается как при хромосомных перестройках, так и у трансгенов. На уровень экспрессии трансгена влияют:

• находящиеся рядом энхансеры и сайленсеры,

• уровень конденсированности хроматина,

• эндогенная транскрипция, проходящая через трансген.

Принято считать, что инсуляторы способны блокировать эффект положения, так как они блокируют взаимодействие промотора с энхансерами и останавливают распространение конденсированного хроматина, однако их взаимодействие с проходящей через трансген транскрипцией практически не изучено. Неизвестно, препятствует ли взаимодействие двух инсуляторов (и как следствие, образование независимого транскрипционного домена) элонгации транскрипции, которая началась за пределами домена.

В первой части данной работы мы исследовали вклад эндогенной транскрипции, проходящей через трансген на примере гена miniwhile, лишенного промотора, а также вклад транскрипции в общий эффект положения на примере гена miniwhile, содержащего функциональный промотор. Мы изучили влияние терминаторов на эффект положения на

примере вирусного терминатора транскрипции SV40, а также влияние инсуляторов на примере инсулятора Su(Hw).

Во второй части данной работы мы исследовали влияние эффекта положения на свойства регуляторной последовательности En(Hu). Последовательность En(Hu) является частью регуляторной области achaete-scute генного комплекса. В нашей лаборатории были получены данные о том, что эта последовательность, будучи перемещена при инверсии в район регуляторных элементов гена yellow нарушает работу и гена yellow и генов ac-sc локуса. Мы исследовали свойства последовательности En(Hu) в разных трансгенных системах. Цели н задачи исследования Целями данной работы являлось:

• исследование вклада эндогенной транскрипции в эффект положения трансгенов, а также факторов, блокирующих эффект положения,

• исследование эффекта положения регуляторной последовательности на примере элемента En(Hu).

В связи с этим в данной работе ставились следующие задачи:

• Изучение влияния эндогенной транскрипции на эффект положения трансгенного гена miniwhite в отсутствие промотора.

• Изучение вклада эндогенной транскрипции в эффект положения гена miniwhite, содержащего функциональный промотор.

• Изучение влияния терминатора транскрипции из вируса SV40 и инсулятора Su(Hw) на эффект положения лишенного промотора гена miniwhite и гена miniwhite, содержащего функциональный промотор.

• Изучение влияния эффекта положения на свойства последовательности En(Hu) в различных трансгенных системах.

Научная новизна и практическое значение работы. В данной работе впервые было показано, что трансгенный ген miniwhite способен активироваться за счет эндогенной транскрипции в различных местах генома. Также было показано, что инсулятор Su(Hw) не препятствует прохождению через трансген эндогенной транскрипции. Таким образом, инсуляторы Su(Hw) не образуют независимых транскрипционных доменов, как считалось раньше.

Впервые было показано, что терминаторы транскрипции в значительной степени влияют на эффект положения трансгенов. Также впервые были исследованы свойства последовательности En(Hu) в различных трансгенных системах.

Исследование факторов, отвечающих за появления эффекта положения, и также факторов, отвечающих за блокирование эффекта положения, может помочь созданию независимо экспрессирующихся трансгенов у разных организмов.

Апробация работы. Основные научные результаты диссертационной работы были представлены на IV съезде Российского общества биохимиков и молекулярных биологов (Новосибирск, 2008), на конференции ЕМВО conference Series on Nuclear Structure and Dynamics (Montpellier, 2007), на научно-практической конференции «Постгеномная эра в биологии и проблемы биотехнологии» (Казань 2008), на международной конференции "Дрозофила в экспериментальной генетике и биологии" (Харьков 2008) и на межлабораторном семинаре ИБГ РАН (2008).

Публикации. По теме диссертации были опубликовано 6 статей и тезисов научных сообщений.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 93 страницах, включает себя 9 таблиц, 28 рисунков и 3 диаграммы. Она состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов, результатов, обсуждения, выводов, списка сокращений и списка литературы, включающего 171 источник.

Результаты

1 Влияние эндогенной транскрипции на эффект положения

Для изучения эффекта положения мы использовали ген miniwhite Drosophila melanogaster.

Ген white Drosophila melanogaster отвечает за пигментацию глаз и семенников. Он контролируется тканеспецифичными энхансерами, обеспечивающими экспрессию гена в глазах и семенниках мух. Ген white начинает экспрессироваться на личиночной стадии (Hiebert and Birchler, 1992; Davison et al, 1985). В присутствии энхансера глаза мух окрашены в ярко-красный цвет, в отсутствие - темно-желтый или оранжевый (Pirrotta et al, 1985). В нашей лаборатории были получены данные, указывающие на то, что ген miniwhite в способен экспрессироваться в генноинженерных конструкциях отсутствии промотора, хотя и с небольшой вероятностью. Ген miniwhite был получен in vitro путем делеции значительной части первого интрона гена white и также как и ген white отвечает за пигментацию глаз. Ген miniwhite также способен активироваться энхансером white

(Qian and Pirrotta, 1995). Мы предположили, что такая активация связана с эндогенной транскрипцией и исследовали это явление.

1.1 Способность гена miniwhite активироваться в отсутствие регуляторных элементов в трансгенной системе

Мы исследовали способность гена miniwhite активироваться в отсутствие регуляторных элементов. Для этого нами было получено несколько делеций 5' концевой части гена miniwhite. Эти делеции в разной степени затрагивают промоторную область гена.

Деления Д271 захватывает 5' область гена до +271 п.н., считая от начала транскрипции. Эта делеция включает в себя инициатор транскрипции, внутренний DPE-промотор, сайт начала трансляции, целиком первый экзон и небольшую часть первого интрона.

Делеция Д171 захватывает 5' область гена до +171 п.н. В этом случае из гена удалены инициатор транскрипции, внутренний DPE-промотор, а также область до сайта инициации трансляции. Сам сайт ATG сохранен.

Делеция ДЗЗ захватывает 5' область гена до +33 п.н. Из гена удален инициатор транскрипции и DPE-промотор, но сохранена область между DPE-промотором и сайтом инициации трансляции.

Ген miniwhite, содержащий такие делеции в составе однотипных генноинженерных конструкций был введен в геном дрозофилы (см. Материалы и методы). Конструкции отличаются друг от друга только размером делеции. Схема конструкций представлена на рисунке 1.

miniwhite yellow

Рисунок 1. Схема конструкций Д271, Д171, ДЗЗ. Конструкции содержат ген mimwhite с делецией в 5' области (на схеме изображена экзон-интронная структура гена miniwhite, светло-серым выделена делетированная последовательность) и маркерный ген yellow, регуляторные последовательности которого не нарушены.

Нами были получены трансгенные линии мух, содержащие в геноме одну копию конструкции. Затем были проанализированы фенотипы мух этих линий. Полученные результаты представлены в таблице 1.

Делеция общее количество мух количество мух с белыми глазами количество мух с окрашенными глазами

Д271 27 23 4(14%)

Д171 127 ИЗ 14(11%)

ДЗЗ 139 125 14(10%)

Из таблицы видно, что, несмотря на отсутствие всех последовательностей, необходимых для инициации транскрипции, ген miniwhite активирован в некоторых линиях. Даже в отсутствие сайта инициации трансляции вероятность активации гена весьма высока. Она незначительно отличается от вероятности активации гена с меньшими делециями, поэтому для дальнейшего исследования нами была выбрана одна делеция -АЗЗ. Все последующие конструкции, содержащие делецию промоторной области гена miniwhite, создавались с использованием этой делеции.

1.2 Определение места инсерции конструкции в геноме

Для того чтобы установить, каким образом ген miniwhite, лишенный промотора, приобретает способность экспрессироваться, мы определили места инсерции конструкции в геноме. Были исследованы 15 линий, в которых наблюдалась значительная активация гена miniwhite, а также 9 линий без активации. Оказалось, что активация гена miniwhite связана с транскрипцией в районе инсерции (см. текст диссертации). Активация возможна, если направление эндогенной транскрипции (т.е. транскрипции в месте инсерции) совпадает с направлением транскрипции трансгена. По всей видимости, транскрипция с эндогенного промотора приводит к образованию химерной РНК. 5'область этой РНК соответствует местному (т.е. эндогенному) гену, а 3' область - гену miniwhite. Очевидно, такая РНК способна транслироваться с образованием активного белка White.

1.3 Компьютерный анализ профилей активности местных генов

Ген miniwhite начинает экспрессироваться на личиночной стадии. У взрослой мухи этот ген активен в глазах и семенниках (Hiebert and Birchler, 1992; Davison et al, 1985). Для того чтобы ген miniwhite, лишенный промотора, мог производить функциональный белок, восстанавливающий пигментацию глаз, эндогенный промотор должен быть активен в тканях зачатка глаза. Чтобы выяснить, совпадает ли профиль экспрессии местных генов с профилем экспрессии гена miniwhite, мы проанализировали эти гены с помощью базы данных FlyBase (http://flvbase.bio.indiana.edu. version FB2008_06, released July 3, 2008).

Только для пяти генов (lola, eIF-4E, skuld, prickle, muscleblind) нам удалось обнаружить информацию о профиле экспрессии. Сведения о том, что эти гены экспрессируются именно в глазах в интересующий нас период мы найти не смогли. Однако все эти гены - lola, eIF-4E, skuld, prickle и muscleblind - необходимы для нормального развития мухи и экспрессируются на личиночной и куколочной стадиях. Поэтому они имеют возможность активировать встроившийся в них ген miniwhite.

1.4 Создание новой модельной системы, описывающей активацию гена miniwhite эндогенным промотором

Итак, мы показали, что активация гена miniwhite, лишенного промотора, зависит от эндогенной транскрипции. Вероятность этого события составляет около 10-14%. Мы создали модельную систему, описывающую случай активации гена miniwhite эндогенным промотором. Для этого мы создали конструкцию GAL4-A33, изображенную на рисунке 2.

UAS

промотор

1-Э»- miniwhite yellow

i>-c—=t>-

Рисунок 2. Схема конструкции GAL4-A33. Активируемый UAS промотор отдален от кодирующей части гена miniwhite инертной последовательностью длиной 2т.п.н.

UAS промотор дрожжей способен активироваться в присутствии транскрипционного активатора GAL4 (Phelps and Brand, 1998). Между UAS промотором и геном miniwhite, лишенным промотора (ДЗЗ) мы заклонировали инертную последовательность длиной 2 т.п.н. Нами были получены и проанализированы 32 линии, содержащие в геноме эту конструкцию.

В отсутствие активатора почти во всех линиях ген miniwhite не экспрессируется и глаза у мух белые. Исключение составляют 3 линии, в которых глаза у мух были активированы в разной степени (бледно-желтые, темно-желтые и оранжевые). По всей вероятности, активация гена miniwhite в этих случаях связана с инсерцией конструкции в активный ген.

В линии, в которых ген miniwhite не был активирован (29 шт.), мы ввели транскрипционный активатор GAL4. Транскрипционный активатор привел в действие UAS промотор, и ген miniwhite начал экспрессироваться. Глаза у мух во всех линиях,

<3

кроме одной, стали коричневыми. В одной линии активация прошла в меньшей степени, и глаза у мух стали оранжевыми.

Таким образом, данная модель достаточно адекватно описывает активацию гена miniwhite эндогенным промотором и может быть использована для дальнейшего изучения влияния транскрипции на эффект положения.

1.5 Влияние эндогенной транскрипции на активацию гена miniwhite в модельной системе GAL4-A33

В ходе предыдущих экспериментов было установлено, что ген miniwhite, лишенный промотора, способен активироваться в трансгенной системе за счет активности эндогенного промотора. Следовательно, такая система может модулироваться с помощью терминаторов транскрипции.

Для того чтобы это проверить, мы использовали сильный терминатор транскрипции из вируса эукариот SV40 (Brand and Perrimon, 1993; Duffy, 2002). Вирусный терминатор транскрипции SV40 широко применяется при создании экспрессирующих векторов как млекопитающих, так и дрозофилы. Мы создали конструкцию GAL4-A33-SV40, аналогичную конструкции GAL4-A33, в которой перед геном miniwhite был встроен терминатор транскрипции SV40. Схема конструкции изображена на рисунке 3.

Рисунок 3. Схема конструкции СЛЬ4-ДЗЗ-8\'40. Активируемый иАв промотор отдален от кодирующей части гена питн>1Ме ннертной последовательностью длиной 2т.п.н. Между инертной последовательностью и геном тт'тННе заклонирован вирусный терминатор транскрипции 8У40, окруженный сайтами узнавания Сге-рекомбиназы.

Нами были получены и проанализированы 32 линии, содержащие в геноме эту конструкцию. Мухи из всех этих линий имели непигментированные глаза. При введении транскрипционного активатора ОАЬ4 картина не изменялась. Во всех линиях ген т'т'тНие оставался полностью неактивным.

С помощью сайт-специфической рекомбинации мы удалили из конструкции терминатор транскрипции. Практически во всех линиях (об исключениях будет сказано позже) глаза у мух продолжали оставаться непигментированными.

UAS

промотор -

Введение транскрипционного активатора ОАЬ4 резко изменяло картину. Ген тштИНе достаточно сильно активировался, и глаза мух во всех линиях становились коричневыми или красно-коричневыми.

Из этих экспериментов следует, что именно терминатор транскрипции 8У40 препятствует активации гена тт'тИ'ие в данной системе.

1.6 Влияние эндогенной транскрипции на уровень экспрессии гена тт1\л/ЬНе в геноме

Для выяснения влияния терминатора транскрипции БУ40 нам не пришлось создавать новые конструкции. Мы могли использовать некоторые линии конструкции ОАЬ4-ДЗЗ-8У40. В этих линиях инсерция конструкции произошла в активно транскрибируемый ген. Результаты анализа этих линий представлены в таблице 2.

Из приведенных данных видно, что активация гена тштМ1е и восстановление пигментации происходят только после удаления терминатора транскрипции 8У40.

Таблица 2. Окраска глаз у мух до и после удаления терминатора транскрипции N\ 4(1.

Номер линии Окраска глаз у мух в исходных линиях Окраска глаз у мух после удаления терминатора транскрипции вУ40

1 белые желтые

2 белые желтые

3 белые оранжевые

4 белые ярко-оранжевые

Таким образом, терминатор транскрипции БУ40 предотвращает активацию гена тт'ткИе эндогенным промотором.

1.7 Влияние инсулятора 8и(Нш) на модельную систему СА1-4-ДЗЗ

Принято считать, что инсуляторы способны блокировать эффект положения, так как они блокируют взаимодействие промотора с энхансерами и останавливают распространение конденсированного хроматина, однако их взаимодействие с проходящей через трансген транскрипцией практически не изучено. Ранее не было показано, препятствует ли взаимодействие двух инсуляторов (и как следствие, образование независимого транскрипционного домена) элонгации транскрипции, которая началась за пределами домена.

Влияние инеулятора Эи(Н\у) на активацию гена ттт/гНе мы сначала исследовали на модельной системе ОА1*4-ДЗЗ. Для этого была создана конструкция ОАЬ4-ДЗЗ-8и(Н\у) (см. рис.4).

Рисунок 4. Схема конструкции GAL4-A33-Su(Hw). Активируемый HAS промотор отдален от кодирующей части гена miniwhite инертной последовательностью длиной 2т.п.н. Между инертной последовательностью и геном miniwhite заклонирован инсулятор Su(Hw), окруженный сайтами узнавания Сге-рекомбнназы.

Нами были получены и проанализированы 18 линий, содержащих в геноме эту конструкцию. В отсутствие активатора мухи почти всех линий имели белые глаза. Исключение составили две линии. Глаза у мух этих линий были темно-желтыми.

В линии, в которых ген miniwhite не был активирован (16 шт.), мы ввели транскрипционный активатор GAL4. Транскрипционный активатор привел в действие UAS промотор, и ген miniwhite начал экспрессироваться. Глаза у мух во всех линиях, кроме одной (с оранжевыми глазами), стали коричневыми.

Затем с помощью сайт-специфической рекомбинации мы удалили инсулятор Su(Hw). Фенотипы всех линий не изменились. Мухи линий с неактивированным геном miniwhite продолжали быть белоглазыми, мухи линий с активированным геном miniwhite сохранили прежнюю интенсивность окраски глаз.

Мы ввели в полученные линии транскрипционный активатор GAL4. Транскрипционный активатор привел в действие UAS промотор, и ген miniwhite начал экспрессироваться. Глаза у мух всех линий стали коричневыми.

Из этого следует, что инсулятор Su(Hw) никак не влияет на модельную систему GAL4-A33. Он не препятствует активации гена miniwhite, но и не стимулирует ее.

1.8 Влияние инеулятора Su(Hw) на способность гена miniwhite активироваться в геноме в отсутствие промотора

Для изучения влияния инеулятора Su(Hw) на активацию гена miniwhite в геноме нами была создана конструкция Su(Hw)-A33. Конструкция по строению похожа на предыдущие, но в ней перед геном miniwhite был заклонирован инсулятор Su(Hw), окруженный lox-сайтами рекомбинации. Схема конструкции изображена на рисунке 5.

UAS

промотор -

Рисунок 5. Схема конструкции 5и(Н«)-ДЗЗ. Перед лишенным промотора геном тШюЬНе заклонирована последовательность инсулятора в^Ни1). Она может быть удалена с помошью Сге-рекомбиназы. За геном тттНИе расположен маркерный генуеПош.

Нами были получены трансгенные линии мух, содержащие в геноме одну копию конструкции. Затем с помощью сайт-специфической рекомбинации 8и(Н\у) был удален. Мы проанализировали фенотипы мух 89 полученных линий до и после удаления инсулятора 8и(Н\у).

Из 89 линий, в 7 из них наблюдалась активация гена ттмИНе. Глаза мух имели различную окраску глаз в каждой линии - от бледно-желтых до ярко-оранжевых. В остальных 82 линиях ген тШугИке активирован не был, и глаза у мух были белые.

С помощью сайт-специфической рекомбинации мы удалили из всех линий инсулятор 5и(Н\у). Фенотип ни одной из линий не изменился. Мухи линий с неактивированным геном ттмИ'ие остались белоглазыми, мухи линий с активированным геном тттИ'Ие сохранили прежнюю интенсивность окраски глаз.

Таким образом, инсулятор 8и(Н\у) не оказывает никакого влияния на способность гена т'т'тИНе активироваться в отсутствие промотора. Он не препятствует активации гена, но и не стимулирует ее.

1.9 Влияние эффекта положения на экспрессию гена т/л/\А/ЬНе, содержащего нормальный промотор

Ранее мы рассмотрели влияние эффекта положения на ген пиптИНе, лишенный промотора. В данной главе мы покажем, как эффект положения влияет на ген ппп'мкие с ненарушенным промотором. Для этого мы получили 65 трансгенных линий мух, содержащих конструкцию т\у (см. рис. 6).

/и/я/иЛ/Се

промотор

Рисунок 6. Схема конструкции га», В этой конструкции использован ген ;ш'ит7н7е с нормальным промотором.

Наиболее часто встречающимися фенотипами оказались темно-желтые, оранжевые и ярко-оранжевые глаза. Это соответствует средней активации гена ттмИНе. Таким образом, мы смогли разделить все фенотипы на три группы. Первая группа - линии мух с бледно-желтыми и желтыми глазами. Это случаи слабой активации гена пипЫн1е. Они составили 9,5% от общего числа линий.

Вторая группа, самая многочисленная - средняя или нормальная активация гена тт'тШе (темно-желтые, оранжевые и ярко-оранжевые глаза). Эти линии составили 81%.

Третья группа - сильная активация. В эту группу вошли линии с коричневыми, красно-коричневыми и красными глазами мух (9,5%).

Факторы, влияющие на эффект положения, как мы предполагаем, должны влиять на соотношение количества линий, входящих в эти группы.

1.10 Влияние инсулятора 8и(Н\«) на эффект положения гена т1п1\л/ЬНе, содержащего нормальный промотор

Для изучения влияния инсулятора Би(Н\у) на эффект положения мы создали генноинженерную конструкцию 8и(Н\у)-т\у. В этой конструкции мы окружили ген ттЫ/ЬНе, содержащий функциональный промотор, двумя инсуляторами Зи(Н\¥) для того, чтобы исключить влияние на него эндогенных энхансеров и сайленсеров (см. рис.7).

промотор

Рисунок 7. Схема конструкции 8и(Нж)-тж. Ген тЫи>/н'ге окружен двумя инсуляторами 8и(И\у). Инсулятор перед промотором окружен сайтами связывания Сге-рекомбиназы.

Мы получили и проанализировали фенотип у 48 трансгенных линий. Затем эти линии были разделены на три группы по фенотипам, как и линии, содержащие

контрольную конструкцию пто. Группа слабой активации гена тшт/Иие составила 7%, группа нормальной активации - 84%, группа сильной активации - 9%.

Распределение фенотипов в конструкции 8и(Н\у)-т\у и контрольной конструкции практически не отличаются. Этот странный результат противоречит описанным в литературе данным о том, что эндогенные энхансеры и сайленсеры способны воздействовать на промотор трансгена, несмотря на значительную специфичность взаимодействия энхансера с промотором.

Для объяснения этого факта мы с помощью сайт-специфической рекомбинации в ряде линий удалили один из инсуляторов 8и(Н\¥), стоящий перед геном тМ\чИие. Полученные результаты оказались неоднородными. Их можно разделить на три группы. В одной из них наблюдалось увеличение уровня экспрессии гена тШ-мЬ'ае при удалении инсулятора 8и(Н\у). Во второй группе наоборот наблюдалось снижение уровня экспрессии гена т'т'тИНе. Фенотип третьей группы не изменился. Рассмотрим первые две группы.

Изменения фенотипа как в ту, так и в другую сторону в некоторых линиях оказались незначительными. Например, линии 8, 16, 23 (уровень экспрессии увеличивается), 39 (уровень экспрессии уменьшается). Окраска глаз у мух в этих линиях изменилась на один балл (см. Материалы и методы).

Значительное изменение фенотипа происходило в обеих группах линий. Удаление инсулятора 8и(Н\у) в этих линиях приводило к резкому возрастанию экспрессии гена тШм'кие до сильной или падению сильной экспрессии до нормальной или слабой. Изменения происходят в обе стороны, поэтому они никак не изменили распределение фенотипов.

1.11 Влияние терминатора транскрипции ЭХМО на эффект положения гена т1п1\л/11Не, содержащего нормальный промотор

Для изучения влияния терминатора транскрипции ЭУ40 на эффект положения гена тт'тЫ)е мы создали конструкцию 8У40-пш (см. рис. 8).

1.ох ЭХМСКепп

т/п'пнЬНе

промотор

Рисунок 8. Схема конструкции вУ^О-пп». Перед геном пйпЫкНс, содержащим нормальный промотор, заклонирован терминатор транскрипции вУ40, окруженный 1ох-сайтами.

В этой конструкции терминатор транскрипции SV40 расположен перед геном miniwhile. В отличие от конструкции Su(Hw)-mw, мы использовали только один элемент перед промотором. Второй терминатор транскрипции за геном miniwhile мы не использовали, так как эндогенная транскрипция, идущая в обратную сторону, должна полностью подавить экспрессию гена miniwhile. Так как единственным маркерным геном в конструкции SV40-mw является ген miniwhile, то случаи его полной инактивации мы не увидели.

Нами были получены и проанализированы 36 линий, содержащие в геноме конструкцию SV40-mw. В 7 (19%) из этих линий ген miniwhile активирован слабо, в 27 (75%) ген активирован нормально, и в 2 (5%) линиях наблюдается сильная активация. Мы сравнили эти данные с результатами анализа контрольной конструкции mw.

Терминатор транскрипции SV40 смещает уровень экспрессии гена miniwhile в сторону снижения уровня экспрессии. Доля линий, в которых ген miniwhile активирован слабо, в 2 раза превышает таковую в контрольной линии. Доля линий с сильной активацией гена miniwhile заметно снижена.

С помощью сайт-специфической рекомбинации мы удалили терминатор транскрипции SV40 в 23 линиях. 15 их них в результате этого не изменили свой фенотип. В 8 наблюдалось увеличение уровня экспрессии гена miniwhile.

Таким образом, терминатор транскрипции оказывает заметное влияние на экспрессию гена miniwhile, содержащего нормальный промотор, и на эффект положения.

2 Влияние эффекта положения на свойства последовательности Еп(Ни) в различных трансгенных системах

В первой части работы мы рассматривали влияние эффекта положения на кодирующую часть гена. Однако не стоит забывать, что в ходе незаконной рекомбинации в нетипичном окружении может оказаться и некодирующая регуляторная последовательность. В качестве примера такой последовательности мы взяли для изучения последовательность из achaete-scule генного комплекса - En(Hu).

Achaete-scute генный комплекс D. melanogaster содержит в своем составе гены achaete и scute, которые начинают экспрессироваться уже на ранних стадиях развития эмбриона. Эти гены необходимы для формирования сенсорных органов периферической нервной системы у личинок. На поздней личиночной и куколочной стадии экспрессия генов achaete и scute определяет образование щетинок (сенсорных органов) у взрослой

мухи (Garcia-Bellido, 1979; Modolell and Campuzano, 1998). Сложная картина экспрессии этих генов регулируется целым рядом узко специфичных энхансеров, каждый из которых активирует оба гена в определенном месте имагинального диска (Ruiz-Gomez and Modolell, 1987; Ghysen and Dambly-Chaudiere, 1988) и отвечает за образование одной определенной щетинки. Такая регуляция позволяет предположить наличие сложной структуры регуляторных элементов внутри локуса, позволяющей точно регулировать активность многочисленных энхансеров во времени и пространстве.

Ранее в нашей лаборатории были получены две линии D. melanogaster, содержащие инверсии на X хромосоме. Инверсии обеих линий затрагивают одну и ту же область гена yellow. Инверсия в линии В захватывает на 1 т.п.н большую область ac-sc комплекса. Инверсия А не приводит к полной инактивации генов yellow и scute. У мух присутствует большая часть щетинок и сохраняется их пигментация. Инверсия В приводит к значительным нарушениям работы этих генов. У мух отсутствует большая часть щетинок и полностью утрачена их пигментация.

Также в нашей лаборатории была получена линия, содержащая практически полную делецию последовательности En(Hu). Ген scute в этой линии работал нормально, за исключением исчезновения одной щетинки (она обозначается Ни). Это говорит о том, что в состав последовательности En(Hu) входит энхансер Ни. Однако инверсия одного энхансера не может привести к такому катастрофическому нарушению работы ac-sc и yellow локусов. По всей видимости, помимо щетиночного энхансера, последовательность En(Hu) содержит элементы, регулирующие работу генов ac-sc комплекса.

Последовательность En(Hu) была заклонирована, и затем ее свойства изучались в зависимости от окружения различных трансгенных системах.

2.1 Проявляет ли последовательность En(Hu) инсуляторные свойства?

Для того чтобы выяснить, проявляет ли последовательность En(Hu) свойства инсулятора, мы использовали констркуцию En(w)-En(Hu)-mw (см. рис 9.) Между геном miniwhite и энхансером гена miniwhite мы заклонировали последовательность En(Hu), окруженную 1ох-сайтами.

Мы получили 15 трансгенных линий, содержащих в геноме такую конструкцию. Глаза у мух во всех линиях были коричнево-красные или красные. При удалении последовательности En(Hu) фенотип всех линий не изменялся. Это говорит о том, что последовательность En(Hu) не препятствует взаимодействию энхансера с промотором, то есть не проявляет инсуляторных свойств.

Рисунок 9. Схема конструкции Еп(\у)-Еп(Ни)-гту. Между геном тттЬИе и его знхансером находится последовательность Еп(Нн). Последовательность Еп(Ни) окружена сайтами узнавания Сге-рекомбиназы.

2.2 Проявляет ли последовательность Еп(Ни) свойства терминатора?

Для того чтобы выяснить, не обладает ли последовательность Еп(Ни) свойствами терминатора транскрипции, мы использовали описанную в I части модельную систему ОАЬ4-ДЗЗ. Мы создали две конструкции ОАЬ4-ДЗЗ-Еп(Ни)-&г и ОАЬ4-ДЗЗ-Еп(Ни)-геу. Конструкции по своему строению аналогичны САЬ4-А33-5У40 (см. рис 10) и различаются между собой только ориентацией последовательности Еп(Ни). ОАЬ4-АЗЗ-Еп(Ни)-с11г содержит последовательность Еп(Ни) в нативной ориентации, ОАЬ4-ДЗЗ-Еп(Ни)-геу - в обратной.

Рисунок 10. Схема конструкций САЬ4-ДЗЗ-Еп(Ни)-{1!г и САЬ4-ДЗЗ-Еп(Ни)-геу. Активируемый иЛв промотор отдален от кодирующей части гена гт/ипШ/е инертной последовательностью длиной 2т.п.н. Между инертной последовательностью и геном тШю!Ше в нативной и обратной ориентациях заклонирована последовательность Еп(Ни), окруженный сайтами узнавания Сге-рекомбиназы.

Мы получили и проанализировали 16 линий, содержащих в геноме конструкцию ОАЕ4-ДЗЗ-Еп(Ни)-с11г и 6 линий, содержащих в геноме конструкцию ОАЬ4-ДЗЗ-Еп(Ни)-геу. Результаты анализа этих двух конструкций представлены в таблице 3.

Последовательность Еп(Ни) в нативной ориентации препятствует активации гена ян/ниТн/е иАБ промотором, и глаза остаются белыми (подчеркнуто в таблице).

Название конструкции GAL4-A33-En(Hu)-dir GAL4-A33-En(Hu)-rev

En(Hu) присутствует иА8 промотор не активирован Белые глаза Белые глаза

иА8 промотор активирован Белые глаза Коричневые глаза

En(Hu) удалена иАБ промотор не активирован Белые глаза Белые глаза

иА8 промотор активирован Коричневые глаза Коричневые глаза

В обратной ориентации последовательность En(Hu) инертна и не оказывает влияния на активацию гена miniwhite.

Таким образом, последовательность En(Hu) в данной трансгенной системе проявляет свойства терминатора транскрипции, несвойственные ей в нативном положении.

2.3 Исследование свойств последовательности En(Hu) в трансгенной системе ye//ow-En(Hu)

Для изучения влияния последовательности En(Hu) на элонгацию транскрипции, мы исследовали ее влияние на активность гена yellow в трансгенной системе. Если последовательность En(Hu) обладает свойствами терминатора, то она может нарушить транскрипцию гена yellow, если будет находиться в его интроне.

Ген yellow экспрессируется начиная с поздней эмбриональной стадии и определяет пигментацию кутикулярных производных (тело, крылья, щетинки) D. melanogaster (Nash and Yarkin, 1974). Ген yellow кодирует трансмембранный белок с неизвестными функциями (Kornezos and Chía, 1992; Walter et al, 1991). Так как уровень экспрессии гена yellow прямо коррелирует с интенсивностью пигментации кутикулы, его можно определять с помощью визуального анализа фенотипа мух (Geyer and Corees, 1987; Martin et al, 1989). Поэтому ген yellow удобно использовать в качестве модели для изучения различных регуляторных элементов.

Мы создали две генноинженерные конструкции En(Hu)-y-dir и En(Hu)-y-rev (см. рис 11), в которых поместили последовательность En(Hu) в интрон гена yellow в двух ориентациях, нативной и обратной.

Результаты анализа трансгенных линий, а также линий, полученных при удалении последовательности En(Hu) с помощью Cre-рекомбиназы (En(Hu)-y-dir dCre) представлены в таблице 4.

Рисунок 11. Схемы конструкций En(llu)-y-dir и En(Hu)-y-rev. На схеме обозначены два экзона и интрон геня yellow. В нитрон встроена последовательность En(IIu) в нативной (конструкция En(Hu)-y-dir) и обратной (конструкция En(Hu)-y-rev) ориентациях. За геном yellow находится маркерный ген while.

Таблица 4. Фенотипы мух линий En(Hu)-y-dir и En(Hu)-y-rev.

конструкция фенотипы мух количество линий

тело крылья щетинки

En(Hu)-y-dir - - -/+ 15

En(Hu)-y-dir dCre + + + 15

En(Hu)-y-rev + + + 20

Из приведенных данных видно, что последовательность En(Hu) в нативной ориентации оказывает негативное влияние на экспрессию гена yellow. Удаление En(Hu) из конструкции приводит к восстановлению активности гена. В обратной ориентации эта последовательность никакого влияния на уровень экспрессии гена yellow не оказывает.

На первый взгляд, эти данные согласуются с предыдущими, полученными при анализе конструкций GAL4-A33-En(Hu)-dir и GAL4-A33-En(Hu)-rev. Для проверки этого мы исследовали мРНК гена yellow, образующуюся в конструкциях En(Hu)-y-dir и En(Hu)-y-rev.

2.4 Исследование мРНК гена yellow, образующуюся в трансгенной системе yellow-En(Hu)

Для выяснения механизма репрессии гена yellow посредством последовательности En(Hu) мы исследовали мРНК гена yellow в конструкциях En(Hu)-y-dir и En(Hu)-y-rev. В качестве контрольной мы использовали линию En(Hu)-y-dir с удаленной En(Hu) последовательностью, в которой экспрессия гена yellow полностью восстанавливалась.

Для того чтобы транскрипция эндогенного гена yellow не мешала анализу, трансгенные линии были переведены на линию yac', в которой эндогенный ген yellow делетирован.

Из мух трех линий была выделена РНК. С использованием oligo-dT праймера была синтезирована кДНК гена yellow. Полученная кДНК была проанализирована с помощью PCR с использованием праймеров из первого и второго экзонов.

В контрольной линии и в линии En(Hu)-y-rev был получен PCR-продукт размером около 550 п.н. Это совпадает с расчетной величиной. В линии En(Hu)-y-dir размер составил около 700 п.н. Это увеличение указывает на возможное нарушение сплайсинга гена yellow. Для проверки этого предположения такой удлиненный PCR продукт был отсеквенирован.

Секвенирование подтвердило, что увеличение размера PCR продукта является следствием неправильного сплайсинга пре-мРНК гена yellow. Так, оказалось, что участок En(Hu) последовательности содержит два сильных сайта сплайсинга - донорный и акцепторный. В связи с этим фрагмент En(Hu), длиной 131 п.н., встраивается в мРНК yellow в качестве дополнительного экзона (см. рис. 12). Так как белок-кодирующая область мРНК гена yellow начинается в первом экзоне, встраивание дополнительного экзона приводит к нарушению рамки считывания и полной утрате функциональности белкового продукта.

vellow

\ \ I I / /

\ \ I I / /

\ \ I I / /

\_\1 I/_/

mRNA ' mv,!,;! "

Рисунок 12. Схема неправильного сплайсинга в линии En(Hu)-y-dir. В верхней части схемы изображен ген yellow. В его нитрон встроена последовательность En(Hu). В нижней части схемы изображена образующаяся мРНК. Серым цветом выделена та часть En(Hu), которая образует дополнительный экзон.

Таким образом, в этой трансгенной системе последовательность En(Hu) проявляет свойства экзон-интронной структуры, несвойственные ей как в нативном положении, так и в модельной системе GAL4-A33.

2.5 Исследование последовательности En(Hu) с помощью различных баз данных

Наличие внутри последовательности En(Hu) эффективного терминатора и двух сильных сайтов сплайсинга позволяет предположить, что эта последовательность могла произойти от гена, утратившего 5' концевую область и способность экспрессироваться. Мы попробовали найти последовательности, гомологичные «экзону» En(Hu). Последовательность «экзона» была проанализирована с помощью базы данных FlyBase (http://flybase.bio.indiana.edu. version FB2008_06, released July 3, 2008), а также с помощью NCBI BLAST (http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi).

К сожалению, протяженной гомологии с какими-либо генами обнаружить не удалось.

Обсуждение

1 Активация трансгена miniwhite, лишенного промотора

Ген miniwhite обладает способностью экспрессироваться в отсутствие промотора и инициатора транскрипции в некоторых местах генома. Это происходит в том случае, когда ген miniwhite попадает в кодирующую часть гена, активно транскрибирующегося в тканях глаза. Необходимо также, чтобы направление эндогенной транскрипции совпадало с направлением гена miniwhite (это происходит в 10-14% случаев). Таким образом, ген miniwhite, лишенный промотора, приобретает новые регуляторные элементы. Транскрипция начинается с помощью эндогенного промотора на инициаторе транскрипции местного гена, затем продолжается, проходя через трансген miniwhite, и терминируется в конце трансгена.

Ген miniwhite способен экспрессироваться даже тогда, когда у него удалены первые 24 кодона. Возможны два объяснения этому факту. Первое - трансляция получившейся химерной мРНК начинается на инициаторном ATG местного гена и заканчивается на stop-кодоне в конце кодирующей части гена miniwhite. В результате образуется химерный белок, N-концевая последовательность которого является продуктом местного гена, а С-концевая - продуктом гена miniwhite. Глаза у таких мух становятся окрашенными только в том случае, когда кодирующая часть гена miniwhite окажется в той же рамке считывания, что и транслирующаяся N-концевая часть. Необходимо также, чтобы получившийся химерный белок, не смотря на «довесок», не утрачивал функций белка White.

Второе объяснение состоит в том, что трансляция начинается внутри гена miniwhite с одного из внутренних ATG кодонов. В этом случае химерный белок не образуется, а получается белок White, лишенный нескольких десятков аминокислот на N-конце. Такую трансляцию мог бы сильно облегчить сигнал внутренней инициации трансляции (IRES). Однако даже после удаления первого экзона целиком, вероятность активации трансгена сохраняется.

В любом случае, для нормального функционирования белка White не важна N-концевая область в размере нескольких десятков аминокислот. В противном случае, экспрессия гена, лишенного первого экзона, тоже была бы невозможной.

2 Влияние инсуляторов и терминаторов транскрипции на экспрессию трансгенов и генов в геноме

Транскрипция гена miniwhite, лишенного промотора, начинается с помощью эндогенного промотора на инициаторе местного гена, то есть транскрипция начинается снаружи от трансгена. Поэтому терминатор транскрипции, поставленный перед трансгенным miniwhite, препятствует его активации. Мы использовали терминатор транскрипциц. из генома вируса SV40. Этот терминатор, как и ожидалось, эффективно блокировал экспрессию гена miniwhite, лишенного промотора.

Инсулятор Su(Hw) экспрессию гена miniwhite, лишенного промотора, не блокирует. Инсулятор Su(Hw) никак не влияет на проходящую через него транскрипцию. Этот инсулятор эффективно препятствует взаимодействию промотора с энхансером (Roseman R.R. et al, 1993), однако по всей видимости, он критично влияет только на белковые комплексы, образующиеся на промоторе с помощью энхансера в период инициации транскрипции. На прохождение через него РНК полимеразы II на стадии элонгации он не влияет. По всей видимости, образуемые инсуляторами петли (Savitskaya et al, 2006) не являются препятствием для полимеразного комплекса на этой стадии.

В связи с этим эффективная работа терминаторов транскрипции в конце каждого гена является необходимой для правильной работы генов. Терминаторы препятствуют прохождению транскрипции с одного гена на соседние районы и нарушению таким образом их правильной экспрессии (Greger and Proudfoot, 1998).

Последовательность En(Hu) в трансгенной системе GAL4-A33 проявила свойства терминатора. Эта последовательность находится на границе ac-sc локуса и гена I'sc. Ген / 'sc экспрессируется в ранний эмбриональный период и участвует в образовании нервной системы дрозофилы (Sreath and Carroll, 1994). Этот ген очень важен для развития, и почти

все мутации в этом гене летальны. Вероятно терминатор транскрипции, находящийся между генами ac-.sc локуса и /'¿с помогает разделить транскрипцию этих генов, а также припятствует возможной межгенной транскрипции.

3 Вклад энхансер-промоторных взаимодействий в эффект положения

Влияние вклада энхансер-промоторных взаимодействий в эффект положения мы изучали с помощью конструкции 8и(Н\у)-т\у, в которой с помощью двух инсуляторов были устранены взаимодействия энхансера и промотора. При удалении инсулятора 8и(Н\у) половина исследованных линий (12 из 25) изменила свой фенотип как в сторону увеличения уровня экспрессии гена тт'юЬНе, так и в сторону уменьшения. В основном мухи этих линий в присутствии обоих инсуляторов имели темно-желтые глаза. При удалении одного инсулятора фенотипы мух становились более разбросанными (см. табл. 8). Таким образом можно сделать вывод, что энхансер-промоторные взаимодействия вносят значительный вклад в эффект положения. Это согласуется с работой Нозетап (коБетап е1 а1, 1993), в которой анализировались 15 линий, содержащих в геноме сходную конструкцию. Глаза у мух этих линии имели желтую окраску (авторы статьи не разбивали этот фенотип на три и все оттенки желтого объединили в одну группу).

Однако, среди 15 линий, проанализированных в данной статье, не оказалось ни одной линии с экстремальным фенотипом. В нашем исследовании были обнаружены линии со слабой и сильной актиавцией гена тт'ткИе. Получается, что двух инсуляторов 8и(Н\у) вокруг гена т/и/и'Ме недостаточно для полного блокирования эффекта положения.

9% линий имеют сильно активированный ген тштИНе. Это почти совпадает с вероятностью активации гена ттЪхкИе, лишенного промотора, с помощью эндогенной транскрипции. Две из этих линий (14 и 25-2, мухи имеют красные глаза) имеют сильно активированный ген тш1,л>кие и изменяют свой фенотип при удалении инсулятора. По всей видимости, своим высоким уровнем транскрипции они обязаны эндогенной транскрипции.

В двух линиях, утрачивающих сильную активацию гена ттЫ>Ы1е, вероятно, комбинируются влияния активирующей ген транскрипции и регуляторного элемента, обладающего сайленсерными свойствами. В отсутствие инсулятора он в значительной степени подавляет экспрессию трансгена. Наличие инсулятора позволяет эндогенной

транскрипции беспрепятственно активировать ген miniwhite, и его уровень экспрессии становится выше среднего.

4 Вклад эндогенной транскрипции в общий эффект положения

Вклад эндогенной транскрипции в общий эффект положения оказался значительным.

В 34% линий терминатор транскрипции SV40 в различной степени (на 1-2 балла, см. Материалы и методы) уменьшает уровень экспрессии трансгенного гена miniwhite. Из этого можно сделать вывод, что в некоторой степени за активацию гена способствует транскрипция, проходящая через трансген. При полном отсутствии промотора активация наблюдалась в 10-14% линий. При наличии функционального промотора активация наблюдается в 34% случаев. При этом значительное изменение фенотипа (на 2 и более балла) происходило в 13% линий.

По всей видимости, удаление протяженной (около 600 п.н.) нуклеотидной последовательности приводит к приближению эндогенных регуляторных последовательностей к промотору, и этим объясняется незначительное увеличение уровня экспрессии.

Таким образом, сильная эндогенная транскрипция может приводить к значительному изменению фенотипа трансгена.

5 Эффект положения влияет на свойства регуляторной последовательности Еп(Ни)

Последовательность En(Hu) в нативном положении проявляет свойства энхансера, отвечающего за появление двух щетинок у мухи (Garcia-Bellido, 1979, Modolell, Campuzano, 1998). Делеция этой последовательности приводит только к исчезновению этих двух щетинок. Однако, когда в результате инверсии последовательность En(Hu) оказывалась далеко от своего нативного положения, она нарушала работу как ac-sc локуса, так и гена yellow. Это можно расценивать как своеобразный эффект положения -различная активность последовательности в зависимости от ее положения в геноме.

Последовательность En(Hu) и в трансгенных системах проявила различные свойства. Между UAS промотором и лишенным промотора геном miniwhite последовательность En(Hu) проявила свойства терминатора. В интроне гена yellow последовательность En(Hu) продемонстрировала наличие двух сильных сайтов сплайсинга.

Проявление различных свойств в различных трансгенных системах говорит о сложном устройстве данной последовательности. Так, например, последовательность

МСР проявляет и инсуляторные, и сайленсерные свойства (Karch et al., 1994; Mihaly et al., 1998). Как уже говорилось выше, последовательность En(Hu) находится на границе ac-sc и / 'ic локусов и может являться разграничителем экспрессии генов в этих локусах.

Наличие в последовательности En(Hu) эффективного терминатора транскрипции и двух сильных сайтов сплайсинга может говорить о том, что эта последовательность когда-то была геном. Она могла утратить 5' область в результате хромосомных перестроек, или переместиться в этот локус в результате их же. К сожалению, последовательность En(Hu) не имеет протяженной гомологии ни с одним из известных генов, поэтому мы ничего не может сказать о ее происхождении.

Выводы

1. Было показано, что трансгенный ген miniwhite, лишенный промотора, может активироваться за счет эндогенной транскрипции, сонаправленно проходящей через него.

2. Было показано, что инсулятор Su(Hw) в составе генно-инженерных конструкций не препятствует активации трансгена miniwhite за счет эндогенной транскрипции.

3. Было показано, что эндогенная транскрипция вносит значительный вклад в эффект положения трансгенного гена miniwhite.

4. Было показано влияние эффекта положения на регуляторную последовательность En(Hu), которое выражается в том, что En(Hu) в разных трансгенных системах проявляет различные свойства - энхансера, терминатора и источника сайтов сплайсинга.

Список печатных работ, опубликованных по теме диссертации

1. Golovnin A., Biryukova I., Romanova О., Silicheva М.. Parshikov A., Savitskaya Е., Pirrotta V., Georgiev P. An endogenous Su(Hw) insulator separates the yellow gene from the Achaete-scute gene complex in Drosophila. Development. 2003. 130(14):3249-58.

2. Kostuchenko M., Melnikova L., Silicheva M.. Georgiev P. Drosophila gypsy insulator and yellow enhancers regulate activity of yellow promoter through the same regulatory element. Chromosoma. 2008. 117:137-145.

3. Melnikova L., Kostyuchenko M., Biryukova I., Kan Т., Silicheva M.. Georgiev P. Drosophila gypsy insulator and yellow enhancers regulate activity of the yellow promoter

through the same regulatory element. EMBO conference Series on Nuclear Structure and Dynamics Montpellier, September 1-5, 2007-07-16 P-095.

4. Силичева M.А.. Георгиев П.Г. Активация гена miniwhite D. melanogaster в отсутствие промотора в трансгенной системе. Тезисы докладов научно-практической конференции «Постгеномная эра в биологии и проблемы биотехнологии». 15-16 сентября 2008 г. Казань. С. 117.

5. Максименко О.Г., Силичева М.А.. Георгиев П.Г. Изучение системы активации транскрпции на основе модели гена white Drosophila melanogaster. Тезисы докладов IV съезда Российского общества биохимиков и молекулярных биологов. 11-15 мая 2008 г. Новосибирск. С. 128.

6. Силичева М.А.. Георгиев П.Г. Активация гена miniwhite D. melanogaster в отсутствие промотора в трансгенной системе. Тезисы докладов I международной конференции "Дрозофила в экспериментальной генетике и биологии" 15-20 сентября 2008 г. Харьков. С. 63.

Заказ №27/10/08 Подписано в печать 01.10.2008 Тираж 100 экз. Усл. п.л. 1,5

ООО "Цифровичок", тел. (495) 797-75-76; (495) 778-22-20 www.cfr.ru; e-mail:info@cfr.ru

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Силичева, Маргарита Александровна

1 Введение

2 Цели и задачи

3 Список сокращений

4 Обзор литературы

4.1 Регуляция транскрипции у эукариот

4.2 Инсуляторы

4.2.1 Инсуляторы позвоночных

4.2.2 Инсуляторы дрозофилы

4.3 Терминация транскрипции

4.4 Эффект положения

4.4.1 Генетически запрограммированные хромосомные перестройки

4.4.2 Спонтанные хромосомные перестройки

4.4.3 Трансгены

4.4.4 Последовательности, влияющие на эффект положения

5 Материалы и методы

5.1 Характеристика объекта исследования

5.2 Генетические методы

5.2.1 Линии и мутации Drosophila melanogaster, использованные в данной работе

5.2.2 Фенотипический анализ экспрессии генов

5.2.3 Генетические скрещивания

5.3 Трансформация эмбрионов Drosophila melanogaster и получение трансгенных линий

5.4 Биохимические методы

5.4.1 Полимеразная цепная реакция

5.4.2 Приготовление компетентных клеток и трансформация. Выделение плазмидной ДНК. Рестрикция, лигирование, переосаждение ДНК, гельэлектрофорез.

5.4.3 Получение генноинженерных конструкций

5.4.4 Выделение геномной ДНК из мух

5.4.5 Определение места инсерции конструкции в геноме

5.4.6 Получение последовательностей кДНК генов

5.4.7 Саузерн-блот анализ

5.4.7 Секвснирование

6 Результаты

6.1 Влияние терминации транскрипции на эффект положения

6.1.1 Способность гена miniwhite активироваться в отсутствие регуляторных элементов в трансгенной системе

6.1.2 Определение места инсерции конструкции в геноме

6.1.3 Компьютерный анализ профилей активности местных генов

6.1.4 Создание новой модельной системы, описывающей активацию гена miniwhite эндогенным промотором

6.1.5 Влияние эндогенной транскрипции на активацию гена miniwhite в модельной системе GAL4-A

6.1.6 Влияние эндогенной транскрипции на уровень экспрессии гена miniwhite в геноме

6.1.7 Влияние инсулятора Su(Hw) на модельную систему GAL4-A

6.1.8 Влияние инсулятора Su(Hw) на способность гена miniwhite активироваться в отсутствие промотора

6.1.9 Влияние эффекта положения на экспрессию гена miniwhite, содержащего нормальный промотор

6.1.10 Влияние инсулятора Su(PIw) на эффект положения гена miniwhite, содержащего нормальный промотор

6.1.11 Влияние терминатора транскрипции SY40 на эффект положения гена miniwhite, содержащего нормальный промотор

6.2 Влияник эффекта положения на свойства последовательности En(Hu) в различных трансгенных системах

6.2.1 Проявляет ли последовательность En(Hu) инсуляторные свойства?

6.2.2 Проявляет ли последовательность En(Hu) свойства терминатора?

6.2.3 Исследование свойств последовательности En(Hu) в трансгенной системе ye//ow-En(Hu) ^

6.2.4 Исследование мРНК гена yellow, образующуюся в трансгенной системе ^e//ow-En(Hu) ^

6.2.5 Исследование последовательности En(Hu) с помощью различных баз данных

7 Обсуждение

7.1 Активация трансгенного гена miniwhite, лишенного промотора

7.2 Влияние инсуляторов и терминаторов транскрипции на экспрессию трансгенов и генов в геноме

7.3 Вклад энхансер-промоторных взаимодействий в эффект положения

7.4 Вклад эндогенной транскрипции в общий эффект положения

7.5 Способность регуляторного элемента проявлять различные свойства в различных трансгенных системах говорит о сложном устройстве данного элемента

8 Выводы

Введение Диссертация по биологии, на тему "Новые аспекты эффекта положения трансгенов Drosophila melanogaster"

Транскрипция является одним из важнейших этапов реализации генетической информации. Транскрипция эукариот регулируется многочисленными цис- и трансфакторами, соответственно, регуляторными последовательностями и белками, которые осуществляют взаимодействие между дальними (энхансерами, сайленсерами) и ближними (проксимальный промотор, коровый промотор) регуляторными элементами. Для правильной работы гена необходимо, чтобы на промотор гена воздействовали только «свои» регуляторные последовательности. Однако регуляторные последовательности не являются абсолютно специфичными. Энхансеры могут активировать не только свой промотор (хотя специальные последовательности-коммуникаторы сильно повышают специфичность энхансера), но и другие доступные промоторы. Это может нарушать правильную регуляцию генов. Отчасти эту проблему помогают решить инсуляторы — последовательности, препятствующие взаимодействию промотора с энхансером.Предполагается, что они способны взаимодействовать друг с другом, образуя независимые транскрипционные домены (Geyer 1997).Неспецифичностью регуляторных элементов в значительной степени объясняется эффект положения - различный уровень экспрессии гена в разном нуклеотидном окружении.Эффект положения наблюдается как при хромосомных перестройках, так и у трансгенов.На уровень экспрессии трансгена влияют: • находящиеся рядом энхансеры и сайленсеры, • уровень конденсированное™ хроматина, • эндогенная транскрипция, проходящая через трансген.Принято считать, что инсуляторы способны блокировать эффект положения, так как они блокируют взаимодействие промотора с энхансерами и останавливают распространение конденсированного хроматина, однако их взаимодействие с проходящей через трансген транскрипцией практически не изучено. Неизвестно, препятствует ли взаимодействие двух инсуляторов (и как следствие, образование независимого транскрипционного домена) элонгации транскрипции, которая началась за пределами домена.В первой части данной работы мы исследовали вклад эндогенной транскрипции, проходящей через трансген на примере гена miniwhite, лишенного промотора, а также вклад транскрипции в общий эффект положения на примере гена miniwhite, содержащего функциональный промотор. Мы изучили влияние терминаторов на эффект положения на примере вирусного терминатора транскрипции SV40, а также влияние инсуляторов на примере инсулятора Su(Hw).Во второй части данной работы мы исследовали влияние эффекта положения на свойства регуляторной последовательности En(Hu). Последовательность En(Hu) является частью регуляторной области achaete-scute генного комплекса. В нашей лаборатории были получены данные о том, что эта последовательность, будучи перемещена при инверсии в район регуляторных элементов гена yellow нарушает работу и гена yellow и генов ac-sc локуса. Мы исследовали свойства последовательности En(Hu) в разных трансгенных системах.2 Цели и задачи 2.1 Целями данной работы являлось: • исследование вклада эндогенной транскрипции в эффект положения трансгенов, а также факторов, блокирующих эффект положения, • исследование эффекта положения регуляторной последовательности на примере элемента En(Hu).2.2 Задачи • Изучение влияния эндогенной транскрипции на эффект положения трансгенного гена miniwhite в отсутствие промотора. • Изучение вклада эндогенной транскрипции в эффект положения гена miniwhite, содержащего функциональный промотор. • Изучение влияния терминатора транскрипции SV40 и инсулятора Su(Hw) на эффект положения лишенного промотора гена miniwhite и гена miniwhite, содержащего функциональный промотор. • Изучение влияния эффекта положения на свойства последовательности En(Hu) в различных трансгенных системах.К транс-регуляторным факторам относятся РНК-полимераза; базовые транскрипционные факторы, входящие в состав РНК-полимеразной машины; ДНК-связывающие транскрипционные факторы, специфично связывающиеся с последовательностями энхансеров, сайленсеров, проксимальных промоторов; АТФ-зависимые хроматин-трансформирующие факторы, которые модифицируют нуклеосомы; транскрипционные медиаторы, обеспечивающие взаимодействие между связывающимися с энхансером факторами и базальной транскрипционной машиной; белки, катализирующие ацетилирование, деацетилирование, фосфорилирование, убиквитинилирование и метилирование гистонов и других белков (Burley and Roeder, 1996; Orphanides et al., 1996; Hampsey 1998; Lefstin and Yamamoto, 1998; Myer and Young, 1998; Roeder, 1998; Strahl, 1999; Glass and Rosenfeld, 2000; Lee and Young, 2000; Lemon and Tjian, 2000; Strahl and Allis, 2000; Courey and Jia, 2001; Dvir et al., 2001; Zhang and Reinberg, 2001; Emerson, 2002; McKenna and O'Malley, 2002; Narlikar et al., 2002; Orphanides and Reinberg, 2002) Конечной целью всей регуляции является правильное функционирование промотора.Непосредственно с промотором взаимодействует РНК-полимеразный комплекс перед точкой начала транскрипции. Промотор эукариот состоит из корового промотора (минимально необходимого) и проксимального промотора (регуляторных областей).Коровый промотор обычно находится между —40 и +40 п.н. относительно старта транскрипции. Коровый промотор может содержать последовательности, узнаваемые РНК-полимеразным комплексом - ТАТА-бокс (ТАТА-промоторы; Breathnach and Chambon, 1981), DPE последовательность (DPE промоторы; Burke and Kadonaga, 1996), MTE последовательность (Lim et al., 2004).Проксимальный промотор содержит сайты связывания для различных транскрипционных факторов и обычно располагается от —40 до -250 п.н. относительно старта транскрипции. (Struhl, 1987; Weis and Reinberg, 1992; Smale, 1997, 2001; Blackwood and Kadonaga, 1998; Bulger and Groudine, 1999; West et al., 2002). Показано, что проксимальный промотор может содержать последовательности-коммуникаторы, отвечающие за взаимодействие промотора со своим энхансером (Костюченко, 2004). К проксимальному промотору можно также отнести цис-регуляторные последовательности у дрожжей, находящиеся на некотором (до 500 п.н.) расстоянии от промотора, выполняющие, скорее, энхансерную функцию (Ruzzi М. et al. 1987).Более удаленные цис-регуляторные элементы - энхансеры (последовательности ДНК, способные активировать транскрипцию независимо от ориентации и расстояния до точки начала транскрипции) и сайленсеры (последовательности, подавляющие транскрипцию) • могут находиться на расстоянии до десятков тысяч пар нуклеотидов как впереди, так и позади кодирующей части гена (например, 85 т.п.н. между энхансером и промотором гена wing margin локуса cut) (Jack et al. 1991). Впрочем, большие расстояния не являются необходимым условием функционирования этих элементов. И, например, один из энхансеров гена yellow находится в его интроне (Nash and Yarkin, 1974).В настоящее время предложено три модели взаимодействия энхансера с промотором. Все эти модели предполагают, что активаторный белковый комплекс, собирающийся на энхансере, взаимодействует с белковыми компонентами РНК-полимеразной машины.Модель выпетливания (looping) представлена на рисунке 4-1.Модель выпетливания.С энхансер Л С промотор .•,.. л : * * * Рисунок 4-1. Модель выпетливания (looping).Согласно этой модели, активаторный комплекс образуется на энхансере, без участия последовательностей промотора. Затем сформированный комплекс сканирует (все последовательности подряд - сканирование, или некоторые точки - скакание) окружающую ДНК в поисках промотора. После связывания активаторного комплекса с промотором ДНК, находящаяся между промотором и энхансером, образует петлю (Ptashne 1986). Эти механизмы не являются обязательными для работы энхансера, но они могут сильно облегчить работу этого элемента, удерживая его рядом с промотором (Blackwood and Kadonaga 1998).Модель выслеживания (tracking) похожа на модель выпетливания (см. рис 4-2). Также как и в модели выпетливания, активаторный комплекс образуется на энхансере, а затем сканирует ДНК в поисках промотора. Однако, в отличие от модели выпетливания, согласно данной модели активаторныи комплекс в процессе сканирования утрачивает связь с энхансером (Bondarenko et al., 2003).Модель выслеживания а » энхансер промотор и И •*а Д Рисунок 4-2. Модель выслеживания (tracking).Последняя модель - распространяющихся петель (spreading-looping) - предполагает формирование множества маленьких петелек между энхансером и промотором (см. рис. 4-3). Взаимодействие активаторного комплекса с энхансером индуцирует кооперативное связывание и дальнейшую полимеризацию белков на ДНК (это может быть белок, связывающийся с энхансером, или белок, не взаимодействующий с энхансером непосредственно).Модель распространяющихся петель Q » энхансер промотор Рисунок 4-3. Модель распространяющихся петель (spreading-Iooping).Специфичное узнавание энхансером своего промотора обеспечивается различными механизмами.С одной стороны, для связывания с энхансером в проксимальной области промотора находятся специальные последовательности-коммуникаторы (Костюченко, 2004, Костюченко, 2005). Они значительно повышают сродство энхансера к своему промотору.Это позволяет энхансеру избирательно активировать именно свой промотор, а не ближайший.С другой стороны, очень часто в сложно устроенных локусах присутствуют инсуляторы.Инсуляторы - это последовательности, препятствующие взаимодействию промотора и энхансера, когда находятся между ними (Dorsett 1999; Bell et al. 2001). При этом и промотор, и энхансер сохраняют свою активность (Cai and Levine 1995; Scott and Geyer 1995) (см. рис. 4-4A). Также инсуляторы способны определять границы между активным и неактивным хроматином (Bell et al. 2001; Udvardy 1999; Geyer 1997) (см. рис. 4-4B). По современным представлениям неактивный хроматин отличается от активного степенью упаковки ДНК в нуклеосомах. Неактивный хроматин менее чувствителен к обработке эндонуклеазами. Также у него снижен уровень ацетилирования коровых гистонов.Предполагается, что компактная структура хроматина распространяется кооперативно, а для разделения активного и неактивного хроматина должны существовать специальные регуляторные элементы (Farkas et al. 2000).Конденсированный тл- П р о м хроматин Инсулетор о т о р К А X Л А А а.Энхансер Промотор в Инсулятор • ^ ^ » г—л Рисунок 4-4. Схема работы инсуляторов. А - инсуляторы препятствуют распространению конденсированного хроматина. В - инсуляторы блокируют взаимодействие энхансера и промотора.Еще одним важным фактором, влияющим на экспрессию гена, является его расположение в ядре. Ядро структурно и функционально компартментализовано. Уровень экспрессии гена зависит от того, в каком компартменте ядра он находится (Guasconi et al., 2005).4.2 Инсуляторы В настоящее время достаточное количество инсуляторов описано у позвоночных и, у беспозвоночных животных, а также у грибов. Примеры некоторых инсуляторов, обнаруженных у различных групп организмов представлены в таблице 4-Г. Таблица 4-1. Примеры инсуляторов различных организмов.Название Su(Hw) SCS scs' Fab-7 Fab-8 fcTb UAorpg X-STAR Y'-STAR HMRtKNAlM RO Lys5'A HS4 3'HS HI9 ICR DM1 ароВЗ* apoB5' Организм Drosophila melanogaster Drosophila melanogaster Drosophila melanogaster Drosophila melanogaster Saccharamyces cerevisiae Saccharamyces cerevisiae Saccharamyces cerevisiae Xenopus laevis Gallus gallus Gallus gallus Gallus gallus Mus musculus Homo sapiens Homo sapiens Размер (т.п.н.) 0.35 0.90 0.50 1.20 0.59 1.30 0.10 0.30 0.14 0.30 1.3 2.9 0.25 0.40 2.0 0.40 0.79 1.80 Местоположение в геноме ретротранспозон gypsy на границах 87А7 hsp70 локуса 3' -регуляторная область abdominal-B локуса 5' - область гена Notch область промотора рибосомальных генов между X и Y субтеломерными повторами на границе HMR локуса в 40S rRNA гене 5' - область гена лизоцима рядом с кластером р-глобиновых генов между Р-глоби-новым кластером и OR геном 5' - область HI9 гена между DMPK и S1X5 генами в 5' и З1 области гена аполипопротеин В Авторы Geyer and Corces 1992 Kellum and Schedl 1992 Zhaoetal. 1995 Hagstrom et al. 1996 Mihalyetal. 1997 Vazquez and Schedl 2000 Bi and Broach 1999 Foureletal. 1999 Donzeetal. 1999 Robinett et al. 1997 Bell etal. 1999 Belletal. 1999 Chung etal. 1993 Pikaartetal. 1998 Belletal. 1999 Chung etal, 1993 Bell and Felsenfeld 2000 Hark et al. 2000 Fillipovaetal. 2001 Antes etal. 2001 4.2.1 Инсуляторы позвоночных Наиболее изученным инсулятором позвоночных является инсулятор [3-глобинового кластера курицы. Р-глобиновый кластер курицы на 5'-конце содержит последовательности различных Р-глобиновых генов и энхансеры, регулирующие функционирование этих генов, и отгорожен от гетерохроматина 5'HS4 инсулятором, а с З'-конца инсулятором 3'HS - от генов обонятельных рецепторов (COR гены) (см. рис. 4-5) (Gaszner and Felsenfeld, 2006).5'HS4 предотвращает распространение гетерохроматина на район Р-глобинового кластера.Также он обладает энхансер-блокирующими свойствами (Chung et al., 1993) В глобиновые гены Р 6h 6а С _ _ CORs —• i—»• i—*• |—*• Д |—*» |—> CTCF Рисунок 4-5. Строение Р-глобинового локуса.Энхансер-блокирующая и барьерная активность 5'HS4 инсулятора зависит от разных белков и состояния хроматина. Так, на энхансер-блокирующую активность влияет связывание белка CTCF, а барьерные функции зависят от ацетилирования окружающих гистонов (Burgess-Beusse et al., 2002). Белки USF1 и USF2, сайты связывания для которых не пересекаются с сайтами связывания для белка CTCF (Mutskov et al., 2002; West et al., 2004) привлекают ацетилазы к FIV сайту инсулятора.Второй пример инсулятора позвоночных - еще один CTCF-зависимый инсулятор 1CR/DMR находится между hl9 и igf2 генами мыши. Подобный инсулятор был обнаружен и у человека (Engel, Bartolomei, 2003) (рис 4-6).Конденсир ов энный хроматин т т Инсулятор CTCF DMR DMR2 DMR1 CTCF — [ DMR1 ] — I g f 2 - [ DMR2 ]•( DMR ]•[ H19 Энхансер Материнская хромосома CHo CHg CHg CH3 CHg CH3 Энхансер Отцовская хромосома Рисунок 4-6. Схема строения Iil9ligf2 локуса.Ген ig/2 находится на расстоянии 90 т.п.н. от гена hl9. Ген hl9 экспрессируется только на материнской хромосоме, а ген ig/2 только на отцовской. Оба гена активируются с помощью одного общего энхансера, который находится за геном hl9 (Verona et al., 2003).Работа энхансера регулируется элементом ICR/DMR, который содержит множество сайтов связывания для белка CTCF и выполняет функции инсулятора. Помимо элемента ICR/DMR, располагающегося между энхансером и промоторами генов, существуют еще несколько элементов ICR/DMR (DMR1 и DMR2), наличие которых необходимо для правильного функционирования гена ig/2 (Lopes et al., 2003). ICR/DMR взаимодействует с DMR последовательностью в зависимости от степени метилирования последовательности DMR. В аллеле, унаследованном от матери, сайт СССТС неметилирован, с ним связывается CTCF и блокирует промотор гена Ig/2 от удаленного энхансера, экспрессии гена не происходит. В отцовском варианте аллеля, наоборот, метилированое состояние сайта не позволяет белку CTCF взаимодействовать с ДНК, что приводит к активации транскрипции энхансером (Brasset et al., 2005; Bell, Felsenfeld, 2000; Engel et al., 2004; Hark et al., 2000; Holmgren et al., 2001; Kanduri et al., 2000; Szabo et al., 2000).Элементы ICR/DMR, DMR1 и DMR2 взаимодействуют друг с другом и образуют петли, которые отличаются друг от друга на отцовской и материнской хромосоме (Kato, Sasaki, 2005; Murrell et al., 2004). На отцовской хромосоме элемент DMR2 взаимодействует с элементом ICR/DMR, облегчая тем самым взаимодействие промотора гена igf2 с энхансером. На материнской хромосоме элемент DMR1 взаимодействует с неметилированным ICR/DMR элементом, формируя петлю, которая изолирует ген igf2 от энхансера (рис. 4-7).Отцовская хромосома Энхансер Материнская хромосома Энхансер Рисунок 4-7. Схема образования петель на материнской и отцовской хромосомах hl9ligf2 локуса.4.2.2 Инсуляторы дрозофилы Инсуляторы генов теплового шока Дрозофила - наиболее изученный из всех беспозвоночных организм, поэтому у нее обнаружено наибольшее количество инсуляторов. Первые два инсулятора - scs и scs'-были описаны в 1991 году у Drosophila melanogaster (Kellum and Shedl, 1991). Эти инсуляторы окружают локус 87А7, содержащий гены теплового шока, scs и scs' находятся на границе эу- и гетерохроматина, а также обладают энхансер-блокирующими свойствами (Kellum and Shedl, 1991). Также эти инсуляторы содержат в себе промоторы генов. Так, scs-инсулятор содержит промотор гена cg31211, scs' - промоторы двух разнонаправленных генов (cg3281 и aurora) (Avramova and Tikhonov, 1999; Glover et al., 1995).Известны белки, которые взаимодействуют с инсуляторами scs и scs'. С инсулятором scs взаимодействует белок Zeste-white 5 (Zw5). Он содержит 8 доменов типа цинковые пальцы и взаимодействует с 24-нуклеотидной последовательностью в инсуляторе scs in vitro. Мультимеризация сайтов связывания для белка Zw5 позволяет получить искусственный инсулятор. Мутация в гене zw5 приводит к частичной инактивации инсуляторной активности данной последовательности и вызывает нарушения в развитии глаз (Gazner et al., 1999).Белок BEAF-32 взаимодействует с инсулятором scs' (Hart et al., 1997), связываясь с последовательностью CGATA (Cuvier et al., 1998). Этот белок существует в двух изоформах, которые отличаются ДНК-связывающими N-концевыми доменами. С-концевые домены, отвечающие за связывание этого белка с другими белками, у них одинаковые.С теми же сайтами, что и BEAF-32, и по всей вероятности конкурентно, связывается белок DREF (Hart et al, 1999).Сайты связывания всех перечисленных белков находятся очень близко от промоторов, которые находятся внутри инсуляторов scs и scs'. Вероятно, это расположение связано с участием этих белков в регуляции работы промоторов. (Geyer and Clark, 2002).Инсуляторы Bithorax комплекса Гомеозисные гены важны для правильного образования парасегментов личинки дрозофилы. Эти гены собраны в два локуса Antennappedia и Bithorax. Комплекс Bithorax длиной около 300 т.п.н. состоит из трех генов ultraBithorax, abdominal-A и abdominal-B (Duncan, 1987), а также протяженной регуляторной области, содержащей регуляторные элементы, обеспечивающие активацию этих генов в правильных сегментах. Регуляторная область содержит тканеспецифичные энхансеры (iab); последовательности-коммуникаторы, облегчающие энхансеру взаимодействие с промотором (PTS); последовательности, узнаваемые белками группы Polycomb (PRE Polycomb responsible elements); последовательности, узнаваемые белками группы Trithorax (TRE - Trithorax response element); инсуляторы (Sipos, Gyurkovics, 2005) (см. рис. 4-8).В регуляторной области гена abdominal-B были найдены инсуляторы Fab-7, Fab-8 и МСР, которые разделяют энхансеры и сайленсеры, обеспечивающие правильную активацию гена (рис.6) (Mihaly et al. 1998).М(Р Fab-6? Fab-7 FaD-8 Р и с у н о к 4-8. С х е м а строения регуляторной о б л а с т и abdominal-B. Р е г у л я т о р н а я о б л а с т ь состоит из 4 энхансеров iab-5, iab-6, iab-7, iab-8, которые отделены друг от друга граничными элементами МСР, Fab-7, Fab-8, к ним примыкают последовательности, взаимодействующие с белковым комплексом Polycomb (PRE) и последовательности, облегчающие взаимодействие энхансеров со своим промотором.Исследованная последовательность МСР (800 п.н.) проявляет свойства инсулятора и сайленсера (Karch et al., 1994; Mihaly et al., 1998). Внутри этой последовательности был выделен фрагмент 138 п.н., проявляющий только свойства сайленсера. Сайленсерный элемент включает четыре сайта для связывания для белка РНО и два сайта связывания для белка GAGA. Оба этих белка необходимы для проявления последовательностью сайленсерной активности (Busturia et al., 2001).К сайленсерной последовательности примыкает последовательность, проявляющая только инсуляторные свойства (340 п.н.) (Gruzdeva et al., 2005). Для обеспечения инсуляторной активности необходимы сайты связывания для белка GAF. Последовательность 210 п.н. внутри 340 п.н. элемента МСР, проявляет себя как слабый энхансер. Эта же последовательность необходима для ориентационно-зависимого спаривания МСР элементов (Kyrchanova et al., 2007).Инсулятор Su(Hw) Инсулятор Su(Hw) был обнаружен в регуляторном районе ретротранспозона МДГ4 (Geyer and Corces, 1992). Последовательность этого инсулятора состоит из 12 повторов - сайтов связывания белка Su(Hw), необходимого для инсуляции (Mazo et al. 1989). Структура белка Su(Hw) представлена на рисунке 4-9. N-концевой домен Цинковые пальцы Глутамин-богатый домен Рисунок 4-9. Схема доменной структуры белка su(Hw).12 «цинковых пальцев» необходимы для связывания ДНК. Причем они отличаются по силе взаимодействия, поэтому их условно можно разделить на необходимые для связывания, стабилизирующие, ненужные и ингибирующие (Kim et al., 1996). Домен «лейциновая молния» на С-конце белка необходим для блокирования энхансера (Harrison e ta l , 1993; Kim etal., 1996).На политенных хромосомах для белка Su(Hw) практически везде показана колокализация с белком Mod(mdg4)-67.2 (Gerasimova, 1998), что предполагает ключевую роль белка Mod(mdg4)-67.2 в формировании инсуляторного комплекса. Третьим, недавно открытым компонентом Su(IIw) инсулятора, является белок СР190 (Centrosomal Protein 190). На политенных хромосомах белок СР190 колокализуется с белком Su(Hw). СР190 способен непосредственно взаимодействовать с белками Su(Hw) и Mod(mdg4)-67.2 (Pai et al., 2004).Кроме инсулятора gypsy в геноме были охарактеризованы другие элементы, связывающие белок Su(Hw). Так, первый эндогенный 8и(Н\у)-зависимый инсулятор - 1А2 - был идентифицирован между геном yellow, ответственным за пигментацию кутикулярных структур дрозофилы, и achaete-scute генным комплексом, участвующим в регуляции развития нервной системы (Parnell et al., 2003). Этот инсулятор содержит два сайта связывания для белка Su(Hw). При этом для инсуляции необходимы как сами сайты связывания белка Su(Hw), так и окружающие их последовательности, что можно объяснить тем, что для активности 1А2 инсулятора требуется кооперация Su(Hw) с другими, пока не идентифицированными, ДНК-связывающими белками.4.3 Терминация транскрипции Терминация транскрпиции играет важную роль в экспрессии генов. С одной стороны правильная терминация не позволяет транскрипции распространяться на соседние районы, и тем самым нарушать регуляцию ниже лежащих генов (Greger and Proudfoot, 1998). С другой стороны, она дает возможность РНК-полимеразе II диссоциировать с ДНК для нового акта транскрипции.3' концевые области генов, кодирующих белки, за исключением гистоновых генов, содержат сигнал полиаденилирования, необходимый для последующего формирования 3' конца. Сигнал полиаденилирования состоит из консервативной последовательности с 5' стороны от точки полиаденилирования - гексамера AAUAAA и вариабельного GU-богатого района с 3' стороны. Место разрезания транскрипта находится между гексамером AAUAAA и GU-богатой областью обычно после динуклеотида С А. К образовавшемуся 3' концу присоединяется поли-А последовательность, которая во многих случаях предохраняет РИК от расщепления экзонуклеазами, помогает экспорту РНК в цитоплазму (Huang and Carmichael, 1996) и оптимизирует трансляцию (Kahvejian et al., 2005).Многократно было показано, что поли-А последовательность необходима для нормальной терминации транскрипции. (Connelly and Manley, 1988; Edwalds-Gilbert et al., 1993; Birse et al, 1998; Proudfoot, 2004).У дрожжей термннация транскрипции полимеразы II происходит сразу за сигналом полиаденилирования (Hyman and Moore, 1993; Birse et al., 1998). Однако у высших эукариот транскрипция заканчивается на разных расстояниях от точки полиаденилирования (Proudfoot, 1989).Например, термннация транскрипцип человеческого гена белка С2 системы комплемента происходит практически сразу за сигналом полиаденилирования (Ashfield et al. 1991). И наоборот, транскрипция р- и е- глобиновых генов заканчивается на расстоянии нескольких сотен пар нуклеотидов от сайта полиаденилирования (Dye and Proudfoot, 2001).Наиболее известны две модели механизма терминации — анти-терминатор и торпедо.Модель анти-терминатор (см. рис 4-10) предполагает существование белков, предотвращающих терминацию за счет взаимодействия с РНК полимеразным комплексом во время элонгации транскрипции. ( J РНК-полимераза II I I Cap-присоединяющий фактор ( ^ D Фактор элонгации Фактор терминации Рисунок 4-10. Анти-терминаторная модель терминации транскрипции.Диссоциация анти-терминаторных белков происходит сразу после прохождения полимеразой сигнала полиаденилирования. Она приводит к дестабилизации связи полимеразы II с ДНК и, как следствие, последующей терминации (Logan et al., 1987). Или наоборот, дестабилизацию комплекса ДНК-полимераза вызывает присоединение фактора терминации после прохождения полимеразой сигнала полиаденилирования. Самым известным примером такой схемы является р-зависимая терминация у прокариот, однако и у эукариот известно множество примеров реализации этой модели. Например, человеческий белок РС4 действует как антитерминатор (Calvo and Manley, 2001).Диссоциация этого белка из комплекса элонгации в районе сайта полиаденилирования увеличивает вероятность терминации транскрипции (Ann et al., 2004; Kim et al., 2004a).Более того, многочисленные исследования показывают, что состав комплекса элонгации до и после сайта полиаденилирования сильно отличается (Ahn et al., 2004; Kim et al., 2004a).Вторая модель - Торпедо - предполагает, что после расщепления мРНК факторами полиаденилирования полимеразный комплекс продолжает транскрипцию. Образующаяся при этом РНК деградирует под действием экзонуклеазы. После того, как экзонуклеаза приблизится к полимеразному комплексу, происходит диссоциация последнего (см. рис.РА RNApll Факторы полиаденилирования Расщепление факторами полиаденилирования Образование мРНК Rat1/Xrn2 РА 5'-3" деградация РНК • ч • \ • / " • Д RNApll ) *Ш ^-^__^^ Диссоциация РНК-полимеразы Рисунок 4-11. Модель терминации Торпедо. После расщепления РНК факторами полиаденилирования транскрипция продолжается. Специфические экзонуклеазы расщепляют оставшуюся РНК и способствуют диссоциации РНК-полимеразы П. Приближение экзонуклеазы к элонгационному комплексу вызывает конформационные изменения, которые приводят к освобождению полимеразы II с матрицы ДНК (Connelly and Manley, 1988; Proudfoot, 1989). Белки - компоненты модели Торпедо были обнаружены у дрожжей и у человека. Известная у человека 5'-3' экзонуклеаза Хгп2 необходима для эффективной терминации транскрипции Р-глобинового гена (Teixeira et al., 2004). Новосинтезированная РНК в этом районе образует третичную структуру с рибозимными свойствами. Этот рибозим разрезает РНК по сайту котранскрипционного расщепления, а образовавшийся конец подвергается расщеплению с помощью Хгп2.Более типичный пример - дрожжевая экзонуклеаза Rati.-Для нее также необходим вспомогательный белок Rttl03, способный связывать регуляторный домен полимеразы II и привлекать к нему Rati (Kim et al., 2004b).Многочисленные экспериментальные данные показывают, что в действительности механизм терминации, скорее всего, объединяет обе модели.Для обеих моделей важным условием эффективной терминации является прохождения транскрипции через сайт полиаденилирования. Не менее существенную роль играют последовательности ниже сигнала полиаденилирования. У высших эукариот таких последовательностей в настоящее время охарактеризовано не очень много в силу их значительной вырожденности. Тем не менее, они, вероятно, присутствуют у большинства генов. (Citron et al., 1984; Hagenbuchle et al, 1984; Ashfield et al., 1991; Enriquez-Harris et al., 1991; Dye and Proudfoot, 2001).4.4 Эффект положения Уровень экспрессии эукариотических генов в значительной степени зависит от irx положения на хромосоме. Это явление получило название «эффект положения» '— различная активация гена в различном нуклеотидном окружении (Sturtevant 1925; Dobzhansky 1936; Lewis 1950). Изменение положения гена может происходить как в результате хромосомных перестроек, так и при образовании трансгенов.Выделяют два вида этого явления - стабильный и соматически вариабельный.Соматически вариабельный эффект положения (в англоязычной литературе position effect variegation или PEV) наблюдается в том случае, когда ген оказывается в гетерохроматине рядом с границей между эу- и гетерохроматином. Фенотипическое проявление гена в этом случае оказывается мозаичным, то есть он будет активироваться только в части клеток. В настоящее время предложено несколько моделей, объясняющих это явление (Henikoff, 1994), однако к нашей работе этот вид эффекта положения отношения не имеет, поэтому мы не будет останавливаться на нем подробно.Соматически стабильный эффект положения не приводит к образованию мозаичного фенотипа, и обычно ген одинаково активирован во всех клетках ткани.4.4.1 Генетически запрограммированные хромосомные перестройки Как было уже сказано, эффект положения может проявляться в результате хромосомных перестроек или у трансгенов.Давно известно, что хромосомные перестройки часто приводят к изменению уровня экспрессии генов рядом с ними (Pays and Steinert, 1988; Schneuwly et al., 1987). Эти перестройки могут быть не только случайными, но и происходить в результате генетически запрограммированных процессов. Известные тому примеры - перестройки, приводящие к образованию генов иммуноглобулинов (Gillies et al 1983) и гомологичная рекомбинация в МАТ-локусе дрожжей (Sprague et al, 1983).Активные иммуноглобулиновые гены образуются в результате рекомбинации, по механизму сходной с вырезанием транспозонов. В процессе рекомбинации фрагменты кодирующей части такого гена объединяются и приближаются к промотору. По окончании этого процесса промотор становится активным.Образование двух типов гамет у дрожжей (а и а) определяется соответствующим состоянием локуса МАТ. В локусе МАТ находится в активном состоянии один из генов - а или а. Замещение гена а на а и наоборот происходит с помощью гомологичной рекомбинации между МАТ локусом и одним из двух локусов HMR или HML. Локусы HMR и HML представляют собой неактивный хроматин, отграниченный от остального хроматина инсуляторами (Donze et al., 1999; Bi and Broach, 2001) В результате такой рекомбинации в МАТ локус переносится и активируется ранее неактивный ген.4.4.2 Спонтанные хромосомные перестройки Спонтанные хромосомные перестройки часто связаны с активацией мобильных элементов. Перемещения мобильных элементов способны довольно сильно изменять активность генов. Во-первых, инсерции и вырезания транспозонов могут изменять расстояния между геном и его регуляторными последовательностями. Во-вторых, индуцируемые мобильными элементами транслокации, инверсии и делеции различной длины могут в значительной степени изменить нуклеотидное окружение гена. В результате этого значительное количество регуляторных последовательностей может утратить контакт со своим геном (Головнин и др., 2000). В-третьих, внутренние последовательности транспозонов могут обладать энхансерными или инсуляторными свойствами и таким образом активировать или репрессировать находящиеся рядом гены (Errede et al, 1987;Geyer and Corces, 1987;Geyer et al, 1988).4.4.3 Трансгены Если на активность генов при хромосомных перестройках влияет множество факторов, и не всегда можно выделить определяющий, то влияние различных условий на активность трансгенов легче поддается изучению. Уровень экспрессии трансгена в большой степени зависит от его положения на хромосоме и нуклеотидного окружения, даже если трансген содержит полноценный промотор, энхансер и другие необходимые регуляторные элементы. Эффект положения был обнаружен и в культурах клеток, и у трансгенных животных (Kucherlapati and Skoultchi, 1984; Palmiter and Brinster, 1986; Nagy et al, 1985; Jones et al, 1985; Scholnick et al, 1983; Spradling and Rubin, 1983; Goldberg et al, 1983).4.4.4 Последовательности, влияющие на эффект положения На уровень экспрессии трансгена могут влиять находящиеся вблизи различные регуляторные последовательности - сайленсеры и энхансеры, а также состояние хроматина (Winoto and Baltimore, 1989; Atchison, 1988). Однако следует учитывать, что многие регуляторные элементы более или менее специфичны по отношению к своему промотору, и с гетерологичньш промотором могут взаимодействовать менее эффективно (Костюченко и др., 2004).Таким образом последовательности, препятствующие взаимодействию промотора с энхансером, должны нивелировать эффект положения трансгенов. Также эффект положения должны подавлять последовательности, останавливающие распространение гетерохроматина (Henikoff, 1994). Такими последовательностями являются инсуляторы.Действительно, для некоторых пнсуляторов была показана способность предотвращать появление эффекта положения. Например, было показано, что дрозофилиные инсуляторы scs и scs' способны устранять эффект положения трансгенного miniwhite, если расположены вокруг него (Kellum and Schedl, 1991). Похожие данные были получены для инсулятора р-глобинового локуса кур 5'HS4. Также 5'HS4 инсулятор эффективно блокирует эффект положения в различных частях генома, однако эта способность связана не только с сайтами связывания белка CTCF. Для него необходимы другие последовательности этого инсулятора. Частичное удаление их приводит к значительной потере способности блокировать эффект положения (Recillas-Targa et al, 2002; Rincon-Arano et al, 2007). Сходными свойствами обладают последовательности MAR (matrix-associated regions) у различных организмов (2007; Van Leeuwen et al, 2001; Nowak et al 2001; Attaletal, 1995-1996).Инсулятор Su(Hw) из ретротранспозона gypsy способен блокировать эффект положения, а также препятствовать распространению гетерохроматина, на границе с которым находится трансген. Это было показано на трансгенной системе, состоящей из гена miniwhite и двух пнсуляторов Su(Hw), находящихся справа и слева вокруг него (Roseman R.R. etal, 1993).Описанные последовательности в геноме окружают локус с находящимися внутри генами и их регуляторными последовательностями и отгораживают его и от других регуляторных элементов, и от гетерохроматина. Таким образом, образуются домены, транскрибирующиеся независимо от соседних областей (Глазков 1998, Udvardy 1999; Mongelard and Corces 2001).По всей видимости, белки инсулятора связываются с белками ядерной оболочки или белками ядерного матрикса, при этом ДНК между инсуляторами образует петли, составляющие независимые домены транскрипции (Gerasimova and Corces 1998; Gerasimova et al. 2000). Например, белок Su(Hw) локализуется в ядре вместе с белком ламины, являющимся структурным компонентом ядерного матрикса. При этом наблюдается большая агрегация белка Su(Hw) на периферии ядра, что было интерпретировано, как объединение большого количества Su(Hw) инсуляторов (Gerasimova et al. 2000). Предпогагается, что взаимодействия между энхансерами и промоторами, находящимися в разных петлях, затруднены.Таким образом, возможно, инсуляторы способны образовывать независимо транскрибирующиеся домены, внутри которых на промотор не действуют находящиеся снаружи регуляторные элементы. По мнению ряда авторов, этого достаточно для блокирования эффекта положения у трансгенов.5 Материалы и методы 5.1 Характеристика объекта исследования Плодовая мушка Drosophila meianogaster - удобный объект для изучения регуляции транскрипции генов. Геном Drosophila meianogaster полностью отсеквенирован. Помимо этого, Drosophila meianogaster является хорошо разработанным генетическим модельным организмом, у которого обнаружено огромное количество мутаций и разработана система балансерных хромосом, значительно упрощающих генетические скрещивания. Таким образом, хорошая изученность объекта в сочетании с коротким жизненным циклом предоставляют широкие возможности для использования его в изучении регуляции экспрессии генов.Свойства Drosophila meianogaster, использованные в работе: 1. Уровень экспрессии ряда генов Drosophila meianogaster можно оценивать визуально. Эти данные легко сравнивать с результатами, полученными ранее в нашей или в других лабораториях. Стандартами могут служить аллели гена с известными фенотипами или фотографии мух, которые современная техника позволяет делать достаточно качественными.2. Достаточно хорошо разработана система получения мутаций в определенных генах, что позволяет установить функцию белка, который кодируется данным геном.3. В геном Drosophila meianogaster можно встраивать генетические конструкции, несущие исследуемые регуляторные элементы. Так, можно выяснить влияние определенного гена на функционирование регуляторного элемента в зависимости от расположения его в геноме. При помощи сайт специфических рекомбиназ можно вырезать регуляторные элементы из генетических конструкций in vivo. Это позволяет изучить влияние этих регуляторных элементов на эффект положения.5.2.1 Линии и мутации Drosophila melanogaster, использованные в данной работе Обозначения аллелей даны согласно принятой символике (Lindsley and Zimm, 1992).Линии Drosophila melanogaster: 1. у 1wu - лабораторная линия, несущая мутацию гена yellow с нарушенным инициаторным кодоном и мутацию гена white, представляющую собой делецию значительной его части.2- у''wйСуо,Р/w4 CreJ/Sco - линия - источник сайт-специфической рекомбиназы CRE.3. у ас - лабораторная линия, несущая большую делецию, включающую в себя ген yellow и значительный район ac-sc комплекса.4. у 'w1118, GAL4/Tm6 - линия - источник белка транскрипционного активатора GAL4 5.2.2 Фенотипический анализ экспрессии генов Ген yellow определяет пигментацию тела, крыльев и щетинок. Экспрессия этого гена контролируется тремя тканеспецифичными энхансерами (Geyer and Corces, 1987).Энхансеры, которые определяют экспрессию гена в кутикуле тела и крыловых пластинах, расположены перед промотором гена. Энхансер, который определяет экспрессию гена yellow в щетинках, расположен в интроне гена yellow, ниже точки начала транскрипции.Уровень экспрессии гена yellow прямо коррелирует с интенсивностью пигментации. Так, можно определять степень экспрессии гена yellow с помощью визуального анализа фенотипа. Для анализа фенотипов трансгенных мух использовали 3-5 дневных самцов, результаты сравнивали с мухами контрольных линий с известным фенотипом.Уровень пигментации тела и крыльев оценивался визуально согласно работе Gause et al., 1998 по пятибальной шкале, где 1 соответствует отсутствию пигмента (у1 аллель — полная инактивация гена yellow), 5 - уровню пигментации мух дикого типа (линия Oregon).Ген white определяет пигментацию глаз и семенников мухи (Pirrotta et al., 1985).Пигментацию глаз оценивали в соответствии со следующей шкалой: белые (аллель w — полная инактивация гена white), светло-желтые, желтые, темно-желтые, оранжевые, ярко-оранжевые, коричневые, коричнево-красные, красные (уровень пигментации дикого типа).Генетическая конструкция совместно с плазмидой-источником транспозазы инъецировались в линию y'w11 на стадии пребластодермального эмбриона (Rubin and Sprandling, 1982). Выжившие мухи были скрещены с линией y!wI!I8. Трансгенные мухи были отобраны на основе фенотипического проявления экспрессии маркерного гена white или yellow. Количество копий было определено методом Саузерн-блот-гибридизации, с использованием в качестве проб фрагментов генов yellow и white. Для исследования брались только линии, содержащие одну копию конструкции на геном.5.4 Биохимические методы 5.4.1 Полимеразная цепная реакция Для получения амплифицированных последовательностей ДНК был использован метод ПЦР (Erlich, 1989). Для ПЦР использовали 10х PCR-буфер следующего состава: 0.1 М Tris-HCl, рН 8,6, 0,5 М КС1, 25 мМ MgCl2, 1 % Triton Х-100. Реакцию проводили в lx PCR-буфере с добавлением dNTPs до 0,1 мМ, праймеров до 0,2 мкМ, полимеразы Taq до 0.05 ед/мкл, 50нг ДНК. В работе были использованы следующие праймеры: Название праймера mw-ATG mw-rev 2 mw-33 №401 №395 y-Bam U5 Последовательность 5'-3' ggcaatgggccaagaggatc gttcctatagatcaagtg ctccaagcggtttacgcc aagattcgcagtggaaggctgcac tccgcacacaacctttcctctcaac tccaggacaaagggtggatcc gcctatatccacggcaatgttagc 5.4.2 Приготовление компетентных клеток и трансформация. Выделение плазмидной ДНК. Рестрикция, лигирование, переосаждение ДНК, гель-электрофорез Использовали методики, описанные в Sambrook et al., 2001 и на сайте www.molbiol.edu.ru.Элюциго ДНК из геля проводили с использованием GFX PCR DNA and Gel Band Purification Kit (Amersham) по протоколу производителя. Использовались ферменты фирм Fermentas с соответствующими буферами.5.4.3 Получение генноинженерных конструкций Конструкция А271 Делеция А271 была получена с помощью обработки плазмиды pCaSPeW15 рестриктазами Aflll и EcoRI. Полученный фрагмент был клонирован по сайту Smal в вектор pCt, содержащий маркерный ген yellow.Конструкция А171 Делеция А171 была получена с помощью амплификации 5'-области гена miniwhite с использованием праймеров mw-ATG и mw-rev 2. Полученный фрагмент заклонировали в pSK по сайту узнавания рестрнктазой EcoRV, затем переклонировали в pCaSPeW15 по сайтам PstI и Aflll. Полноразмерный ген miniwhite(bAlY) был обработан рестрнктазой EcoRI и клонирован по сайту Smal в вектор pCt.Конструкции АЗЗ и Su("Hw)-A33 Делеция АЗЗ была получена с помощью амплификации 5'-области гена miniwhite с использованием праймеров mw-ЗЗ и mw-rev 2. Полученный фрагмент заклонировали в pSK по сайту узнавания рестрнктазой EcoRV, затем переклонировали в pCaSPeW15 по сайтам PstI и Aflll. Полноразмерный ген miniwhite(A33) был обработан рестрнктазой EcoRI и клонирован по сайту Smal в вектор pCt.Конструкция Su(Hw)-A33 была получена из конструкции АЗЗ путем клонирования в нее по сайту Xbal последовательности Su(Hw), окруженной 1ох-сайтами.Конструкции GAL4-A33. GAL4-A33-Su(Hw\ GAL4-A33-SV40. GAL4-A33-EnffluVdir и GAL4-A33-EnfHu)-rev Для получения конструкции GAL4-A33, UAS промотор был вырезан из плазмиды pPUAST по сайтам BamHI и Hpal и заклонирован в pSK-lacZ по сайтам BamHI и EcoRV. Затем ген mwA33 был вырезан из pGEM по сайтам BamHI и Xbal и заклонирован в плазмиду yellow-рСТ по сайтам Xbal и Аог. Затем UAS промотор-lacZ был вырезан по сайтам BamHI и Hindi и клонирован в плазмиду mwA33- yellow-pCT по сайту Xbal.Конструкции GAL4-A33-Su(Hw), GAL4-A33-SV40, GAL4-A33-En(Hu)-dir и GAL4-A33En(Hu)-rev были получены путем клонирования в конструкцию GAL4-A33 по сайту Xhol последовалельностей Su(Hw)-lox, SV40-lox, En(Hu)-lox (в двух ориенациях).Конструкция mw, Su(Hw)-mw и SV40-mw В качестве конструкции mw был использован pCaSPeR3.Для получения конструкции Su(Hw)-mw в pCaSPeR3 по сайту ХЬаТ была заклонирована последовательность Su(Hw), окруженная lox-сайтами.Конструкция SV40-mw была создана аналогично.Конструкция En(w)-En(Hu)-mw Регуляторная последовательность гена white длиной 700 п.н., содержащая энхансер гена white, была любезно предоставлена доктором V.Pirrotta. Эта последовательность была заклонирована в pCaSPeR3 по сайту Xbal (pCaSPeR3-En). Последовательность En(Hu), окруженная lox-сайтами, была заклонирована в pCaSPeR3-En по сайту узнавания рестриктазой BamHI.Конструкции EnfHu)-y-dir и En(Hu)-y-rev Для получения конструкций En(Hu)-y-dir и En(Hu)-y-rev в вектор pCaSPeR2K4y, содержащий кодирующую часть гена yellow по сайту узнавания рестриктазой Spel, была заклонирована в двух ориентациях последовательность En(Hu), окруженная lox-сайтами (pCaSPeR2i<4y- En(Hu)). Затем, в полученную плазмиду по сайтам BamHI и Xbal была заклонирована регуляторная последовательность гена yellow, содержащая промотор и энхансеры, активирующие ген в теле и крыльях.Полученный ДНК фрагмент секвенировали с использованием одного из праймеров, участвующего в амплификации. После определения нуклеотидной последовательности ДНК фрагмента, её вносили в программу поиска нуклеотидных последовательностей в геноме Drosophila melanogaster и, таким образом, определяли место встройки трансгенной конструкции в геном.5.4.6 Получение последовательностей кДНК генов Для получения последовательностей кДНК гена yellow была выделена тотальная РНК из линий En(Hu)-y-dir, En(Hu)-y-dir dCre и En(Hu)-y-rev при помощи реагента TRIZOL по рекомендациям производителя (Invitrogene). Получение кДНК производили с помощью набора реактивов фирмы Fermentas (RevertAid Н minus first strand cDNA synthesis kit) no рекомендациям производителя. Для реакции брали 1мкг тотальной РНК и 0.5 мкг праймера олиго-dT.5.4.7 Саузерн-блот анализ Выделенную геномную ДНК дрозофилы обрабатывали рестрицирующими эндонуклеазами в стандартных условиях, потом разделяли в горизонтальном 0,7% агарозном геле в 1х трис-ацетатном буфере (ТАЕ: 40 мМ трис-HCl, рН 7.6; 5 мМ ацетат натрия, 2 мМ ЭДТА). В качестве маркера молекулярного веса фрагментов ДНК использовался GeneRuller м Ladder Mix (Fermentas). Затем гель депуринизировался экспозицией на трансиллюминаторе втечение 3-5 мин. при коротковолновом (длина волны 254 нм) UV-освещении. Капиллярный перенос проводился в течение 12-18 ч. на мембрану Hybond-N+, для переноса использовался 0.4 н NaOH. Затем фильтр нейтрализовался ополаскиванием в 5х SSC в течение 1-3 мин.5.4.7 Секвенирование Секвенирование проводилось с помощью автоматического секвенатора ЦКП «Геном».6 Результаты 6.1 Влияние эндогенной транскрипции на эффект положения Для изучения эффекта положения мы использовали ген miniwhite Drosophiia melanogaster.Ген white Drosophiia melanogaster отвечает за пигментацию глаз и семенников. Он контролируется тканеспецифичными энхансерами, обеспечивающими экспрессию гена в глазах и семенниках мух. Ген white начинает экспрессироваться на личиночной стадии (Hiebert and Birchler, 1992; Davison et al, 1985). В присутствии энхансера глаза мух окрашены в ярко-красный цвет, в отсутствие - темно-желтый или оранжевый (Pirrotta et al, 1985). В нашей лаборатории были получены данные, указывающие на то, что ген miniwhite способен экспрессироваться в генноинженерных конструкциях в отсутствие промотора, хотя и с небольшой вероятностью. Ген miniwhite был получен in vitro путем делеции значителыюй части первого интрона гена white и также как и ген white отвечает за пигментацию глаз. Ген miniwhite также способен активироваться энхансером white (Qian and Pirrotta, 1995). Мы предположили, что такая активация связана с эндогенной транскрипцией и исследовали это явление.

Заключение Диссертация по теме "Молекулярная генетика", Силичева, Маргарита Александровна

1. Было показано, что трансгенный ген miniwhite, лишенный промотора, может активироваться за счет эндогенной транскрипции, сонаправленно проходящей через него.2. Бьшо показано, что инсулятор Su(Hw) в составе генно-инженерных конструкций не препятствует активации трансгена miniwhite за счет эндогенной транскрипции.3. Было показано, что эндогенная транскрипция вносит значительный вклад в эффект положения трансгенного гена miniwhite.4. Было показано влияние эффекта положения на регуляторную последовательность En(Hu), которое выражается в том, что En(Hu) в разных трансгенных системах проявляет различные свойства - энхансера, терминатора и источника сайтов сплайсинга.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Силичева, Маргарита Александровна, Москва

1. Ahn S.H., Kim М., Buratowski S: Phosphorylation of serine 2 within the RNA polymerase II C-terminal domain couples transcription and 3' end processing. 2004. Mol Cell. 13:67-76.

2. Antes T.J., Goodart S.A., Chen W., Levy-Wilson B. Human apolipoprotein В gene intestinal control region. 2001. Biochemistry. 40(23):6720-30.

3. Ashfield R., Enriquez-Harris P., Proudfoot NJ. Transcriptional termination between the closely linked human complement genes C2 and factor B: common termination factor for C2 and c-myc? 1991. EMBO J. 10(13):4197-207.

4. Atchison, M.L.. Enhancers: mechanisms of action and cell specificity. 1988 Annu. Rev. Cell Biol. 4:127-53.

5. Avramova Z., Tikhonov A. Are scs and scs' 'neutral' chromatin domain boundaries of the locus? 1999. Trends Genet. 15:138-139.

6. Bell A. C, West A. G., Felsenfeld G. The protein CTCF is required for the enhancer blocking activity of vertebrate insulators. 1999. Cell. 98:387-396.

7. Bell A., Felsenfeld G. Methylation of a CTCF-dependent boundary controls imprinted expression of the Igf2 gene. 2000. Nature. 405:482-485.

8. Bell A., West A., Felsenfeld G. Insulators and boundaries: versatile regulatory elements in the eukaryotic genome. 2001. Science. 291:447-450.

9. Bi X., Broach J. Chromosomal boundaries in S. cerevisiae. 2001. Curr.Opin.Gen.Dev. 11:199-204.

10. Bi X., Broach J. UAS rpg can function as a heterochromatin boundary element in yeast. 1999.Genes Dev. 13:1089-1101.

11. Birse C.E., Minvielle-Sebastia L., Lee B.A., Keller W., Proudfoot N.J. Coupling termination of transcription to messenger RNA maturation in yeast. 1998. Science. 280(5361):298-301.

12. Blackwood E., Kadonaga J. Going the distance: a current view of enhancer action. 1998. Science. 281:60-63.

13. Bondarenko V, Liu Y, Jiang Y, Studitsky V. Communication over a large distance: enhancers and insulators. 2003. Biochem Cell Biol. 81:241-251.

14. Brand A.H., Perrimon N. Targeted gene expression as a means of altering cell fates and generating dominant phenotypes. 1993, Development 118:401-415.

15. Brasset E. and Vaury C. Insulators are fundamental components of the eukaryotic genomes. 2005. Heredity. 94:571-576.

16. Breathnach R., Chambon P. Organization and expression of eucaryotic split genes coding for proteins. 1981. Annu Rev Biochem. 50:349-383.

17. Bulger M., Groudine M. Looping versus linking: toward a model for long-distance gene activation. 1999. Genes Dev. 13:2465-2477.

18. Burgess-Beusse В., Farrell C , Gaszner M., Litt M., Mutskov V., Recillas-Targa F., Simpson M., West A., Felsenfeld G. The insulation of genes from external enhancers and silencing chromatin. 2002. Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 99:16433-16437.

19. Burke Т., Kadonaga J. Drosophila TFIID binds to a conserved downstream basal promoter element that is present in many TATA-box-deficient promoters. 1996. Genes Dev. 10:711-724.

20. Burley S., Roeder G. Biochemistry and structural biology of transcription factor IID (TFIID). 1996. Annu Rev Biochem. 65:769-799.

21. Busturia A., Lloyd A., Bejarano F., Zavortink M., Xin H., Sakonju S. The MCP silencer of the Drosophila Abd-B gene requires both Pleoihomeotic and GAGA factor for the maintenance of repression. 2001. Development. 128:2163-2173.

22. Cai H.. Levine M. Modulation of enhancer-promoter interactions by insulators in the Drosophila embryo. 1995. Nature. 376:533-536.

23. Calvo O., Manley J.L. Evolutionarily conserved interaction between CstF-64 and PC4 links transcription, polyadenylation, and termination. 2001. Mol Cell. 7(5):1013-23.

24. Chung J, Whitely M, Felsenfeld G. A 5' element of the chicken b-globin domain serves as an insulator in human erythroid cells and protects against position effect in Drosophila. 1993. Cell. 74:505-514.

25. Citron В., Falck-Pedersen E., Salditt-Georgieff M., Darnell JE. Jr. Transcription termination occurs within a 1000 base pair region downstream from the poly(A) site of the mouse beta-globin (major) gene. 1984. Nucleic Acids Res. 12(22):8723-31.

26. Coimelly S., Manley J.L. A functional mRNA polyadenylation signal is required for transcription termination by RNA polymerase II. 1988. Genes Dev. 2(4):440-52.

27. Courey A., Jia S. Transcriptional repression: the long and the short of it. 2001. Genes Dev. 15:2786-2796.

28. Cuvier O., Hart C , Laemmli U. Identification of a class of chromatin boundary elements. 1998. Mol.Cell Biol. 18:7478-7486.

29. Davison D., Chapman C.H., Wedeen C, Bingham P.M. Genetic and physical studies of a portion of the white locus participating in transcriptional regulation and in synapsis-dependent interactions in Drosophila adult tissues. 1985, Genetics 110(3):479-94.

30. Dobzhansky Th. Positioneffects on genes. 1936. Biol. Rev. 11:364-34.

31. Donze D., Adams C , Rine J., Kamakaka R. The boundaries of the silenced HMR domain in Saccharomyces cerevisiae. 1999. Genes Dev. 13:698-708.

32. Dorsett D. Distant liaisons: long-range enhancer-promoter interactions in Drosophila. 1999. Curr.Opin.Genet.Dev. 9:505-514.

33. Duffy J.B. GAL4 System in Drosophila: a fly geneticist's swiss army knife. 2002, Genesis 34:1-15.

34. Duncan I. The bithorax complex. 1987. Annu.Rev.Genet. 21:285-319.

35. Dvir A., Conaway J., Conaway R. Mechanism of transcription initiation and promoter escape by RNA polymerase II. 2001. Curr.Opin.Genet.Dev. 11:209-214.

36. Dye M.J., Proudfoot N.J. Multiple transcript cleavage precedes polymerase release in termination by RNA polymerase II. 2001. Cell. 105(5):669-81.

37. Edwalds-Gilbert G., Prescott J., Falck-Pedersen E. 3' RNA processing efficiency plays a primary role in generating termination-competent RNA polymerase II elongation complexes. 1993. Mol Cell Biol. 13(6):3472-80.

38. Emerson B. Specificity of gene regulation. 2002. Cell. 109:267-270.

39. Engel N, West A, Felsenfeld G, Bartolomei S. Antagonism between DNA hypermethylation and enhancer-blocking activity at the H19DMDis uncovered by CpG mutations. 2004. Nat.Genet. 36:883-888.

40. Engel N., Bartolomei S. Mechanisms of insulator function in gene regulation and genomic imprinting. 2003. Int.Rev.Cytol. 232:89-127.

41. Enriquez-Harris P., Levitt N., Briggs D., and Proudfoot N.J. A pause site for RNA polymerase II is associated with termination of transcription. 1991. EMBO J. 10:1833-1842.

42. Ephrussi В., Sutton E. A reconsideration of the mechanism of position effect. 1944. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 30:183-197.

43. Erlich H. PCR technology. 1989, Stockton Press. New York.

44. Errede В., Company M., Hutchison C.A. III. Ту 1 sequence with enhancer and mating-type-dependent regulatory activities. 1987. Mol. Cell Biol. 7:258-65.

45. Farkas G., Leibovitch В., Elgin S. Chromatin organization and transcriptional control of gene expression in Drosophila. . 2000. Gene. 253:117-136.

46. Filippova G., Thienes C , Penn В., Cho D., Hu Y., Moore J., Klesert Т., Lobanenkov V., Tapscott S. CTCF-binding sites flank CTG/CAG repeats and form a methylation-sensitive insulator at the DM1 locus. 2001. Nat.Genet. 28335-343.

47. Fourel G., Revardel E., Koering C.E. and Gilson E. Cohabization of telomeric Ku and SIR proteins in recitation of insulators and silencing elements in yeast subtelomeric regions. 1999. EMBOJ. 18:2522-2537.

48. Gaicia-Bellido, A. Genetic analysis of the achaete-scute system of Drosophila melanogaster. . 1979. Genetics 91:491-520.

49. Gaszner M., Felsenfeld G. Insulators: exploiting transcriptional and epigenetic mechanisms. 2006. Nature Reviews Genetics. 7:703-713.

50. Gaszner M., Vazquez J., Schedl P. The Zw5 protein, a component of the scs chromatin domain boundary, is able to block enhancer-promoter interaction. 1999. Genes.Dev. 13:2098-2107.

51. Gause M, Hovhannisyan H, Kan T, Kuhfittig S, Mogila V, Georgiev P. hobo Induced rearrangements in the yellow locus influence the insulation effect of the gypsy su(Hw)-binding region in Drosophila melanogaster. 1998, Genetics. 149:1393-1405.

52. Georgiev P., Corces V. The Su(Hw) protein bound to gypsy sequences in one chromosome can repress enhancer-promoter interactions in the paired gene located in the other homolog. 1995. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 92:5184-5188.

53. Gerasimova Т., Byrd K., Corces V. A chromatin insulator determines the nuclear localization of DNA. 2000. Mol Cell. 6:1025-1035.

54. Gerasimova Т., Corces V. Polycomb and Trithorax group proteins mediate the function of a chromatin insulator. 1998. Cell. 92:511-521.

55. Geyer P, Clark I. Protecting against promiscuity: the regulatory role of insulators. 2002. Cell. Mol. Life Sci. 59:2112-2127.

56. Geyer P, Corces V. Separate regulatory elements are responsible for the complex pattern of tissue-specific and developmental transcription of the yellow locus in Drosophila melanogaster. 1987, Genes Dev. 1:996-1004.

57. Geyer P. The role of insulator elements in defining domains of gene expression. 1997. Curr.Opin.Genet.Dev. 7:242-248.

58. Geyer P., Corces V. DNA position-specific repression of transcription by a Drosophila zinc finger protein. 1992. Genes Dev. .6:1865-1873.

59. Geyer P.K., Green M.M., Corces V.G. Reversion of a gypsy-induced mutation at the yellow (y) locus of Drosophila melanogaster is associated with the insertion of a newly defined transposable element. Proc. Natl. 1988. Acad. Sci. USA 85: 3938-42.

60. Ghysen, A. and Damsly-Chaudiere, C. From DNA to form: the achaete-scute complex. 1988, Genes Dev. 2:495-501.

61. Gillies S.D., Morrison S.L., Oi V.T., Tonegawa S. A tissue-specific transcription enhancer element is located in the major intron of a rearranged immunoglobulin heavy chain gene. 1983. Cell 33:717-28

62. Giniger E., Tietje K.M., Jan L.Y., Jan Y.N. lola encodes a putative transcription factor required for axon growth and guidance in Drosophila. 1994, Development 120(6): 1385-1398.

63. Glass C, Rosenfeld M. The coregulator exchange in transcriptional functions of nuclear receptors. 2000. Genes Dev. 14:121-141.

64. Glover D., Leibowitz M., McLean D., Parry H. Mutations in aurora preventcentrosome separation leading to the formation of monopolar spindles. 1995. Cell. 81:95-105.

65. Goldberg D.A., Posakony J.W., Maniatis T. Correct developmental expression of a cloned Alcohol dehydrogenase gene transduced into the Drosophila germ line. 1983. Cell. 34:59-73.

66. Greger I.H., Proudfoot N.J. Poly(A) signals control both transcriptional termination and initiation between the tandem GAL 10 and GAL7 genes of Saccharonryces cerevisiae. 1998. EMBO J. 17(16):4771-9. .

67. Guasconi V., Souidi M.? Ait-Si-АП S. Nuclear Positioning, Gene Activity and Cancer. 2005. Cancer Biology & Therapy. 4:134-138

68. Gubb D., Green C, Huen D., Coulson D., Johnson G., Tree D., Collier S., Roote J. The balance between isoforms of the prickle LIM domain protein is critical for planar polarity in Drosophila imaginal discs. 1999, Genes Dev. Sep 1;13(17):2315-27.

69. Hagenbuchle O., Wellauer P.K., Cribbs D.L., and Schibler U. Termination of transcription in the mouse a -amylase gene Amy-2a occurs at multiple sites downstream of the polyadenylation site. 1984. Cell 38:737-744.

70. Hampsey M. Molecular genetics of the RNA polymerase II general transcription machinery. 1998. Microbiology and Molecular Biology Reviews. 62:465-503.

71. Hark A., Schoenherr C, Katz D., Ingram R., Levorse J., Tilghman S. CTCF mediates methylation-sensitive enhancer-blocking activity at the H19/Igf2 locus. 2000. Nature. 405:486-489.

72. Harrison D., Gdula D., Coyne R., Corces V. A leucine zipper domain of the suppressor of Hairy-wing protein mediates its repressive effect on enhancer function. 1993. Gen.Dev. 7:1966-1978.

73. Hart C , Zhao K., Laemmli U. The scs' boundary element: characterization of boundary element-associated factors. 1997. Mol.Cell Biol. 17:999-1009.

74. Henikoff S. A reconsideration of the mechanism of position effect. 1994. Genetics. 138(№l):l-5.

75. Hernandez G, Diez del Corral R, Santoyo J, Campuzano S, Sierra JM. Localization, structure and expression of the gene for translation initiation factor eIF-4E from Drosophilamelanogaster. 1997, Molec. gen. Genet. 253(5): 624-633.

76. Hernandez G., Sierra J.M., 1995, Translation initiation factor eIF-4E from Drosophila: cDNA sequence and expression of the gene. 1995, Biochim. biophys. Acta 1261(3): 427-431.

77. Hiebert J.C, Birchler J.A. Dosage compensation of the copia retrotransposon in Drosophila melanogaster. 1992, Genetics 130: 539-545.

78. Holmgren C , Kanduri C , Dell G., Ward A., Mukhopadhya R., Kahduri M., 1.obanenkov V., Ohlsson R. CpG methylation regulates the Igf2/H19 insulator. 2001. Curr.Biol. 11:1128-1130.

79. Huang Y., Carmichael G.G. Role of polyadenylation in nucleocytoplasmic transport of mRNA. 1996. Mol Cell Biol. 16(4): 1534-42.

80. Hyman L.E., Moore C.L. Termination and pausing of RNA polymerase II downstream of yeast polyadenylation sites. 1993. Mol Cell Biol. 13(9):5159-67.

81. Jack J., Dorsett D., Delotto Y., Liu S. Expression of the cut locus in the Drosophila wing margin is required for cell type specification and is regulated by a distant enhancer. 1991. Development. 113(№3):735-747.

82. Janody F., Martirosyan Z., Benlali A., Treisman J.E. Two subunits of the Drosophila mediator complex act together to control cell affinity. 2003, Development 130(16): 3691-3701.

83. Jones J.D.G., Dunsmuir P., Bedbrook J. High level expression of introduced chimaeric genes in regenerated transformed plants. 1985. EMBO J. 4:2411-18.

84. Kahvejian A., Svitkin Y.V., Sukarieh R., M'Boutchou M.N., Sonenberg N. Mammalian poly(A)-binding protein is a eukaryotic translation initiation factor, which acts via multiple mechanisms. 2005. Genes Dev. 19(1): 104-13.

85. Karch F., Galloni M., Sipos L., Gausz J., Gyurkovics H., Schedl P. Мер and Fab-7: molecular analysis of putative boundaries of cis-regulatory domains in the bithorax complex of Drosophila melanogaster. 1994. Nucleic Acids Res. 22:3138-3146.

86. Karess R, Rubin G. Analysis of P transposable element functions in Drosophila. 1984, Cell. 38:135-146.

87. Kato Y., Sasaki H. Imprinting and looping: epigenetic marks control interactions between regulatory elements. 2005. BioEssays. 2 7 : 1 ^ .

88. Kellum R., Schedl P. A group of scs elements function as domain boundaries in an enhancer-blocking assay. 1992. Mol. Cell Biol. 12:2424-2431.

89. Kellum R., Schedl P. A position-effect assay for boundaries of higher order chromosomal domains 1991. Cell. 64:941-950.

90. Kim J., Shen В., Rosen C , Dorsett D. The DNA-binding and enhancer-blocking domains of the Drosophila suppressor of hairy-wing protein. 1996. MCB. 16:3381-3392.

91. Kim M., Ahn S.H., Krogan N.J., Greenblatt J.F., Buratowski S: Transitions in RNA polymerase II elongation complexes at the 3' ends of genes. 2004. EMBO J. 23:354-

92. Kim M., Krogan N.J., Vasiljeva L., Rando O.J., Nedea E., Greenblatt J.F., Buratowski S: The yeast Rati exonuclease promotes transcription termination by RNA polymerase II. 2004. Nature. 432:517-522. В

93. Kornezos A., Chia W. Apical secretion and association of the Drosophila yellow gene product with developing larval cuticle structures during embryogenesis. 1992, Mol. and Gen Genet. 235(№2/3):397.

94. Kucherlapati R., Skoultchi A.I. Introduction of purified genes into mammalian cells. 1984. CRC Crit. Rev. Biochern. 16:349-79.

95. Kyrchanova O., Toshchakov S., Parshikov A., Georgiev P. Drosophila bithorax complex: effects of insulator pairing on the enhancer-promoter communication. 2007. Mol Cell Biol. 27:3035-3043.

96. Lee Т., Young R. Transcription of eukaryotic protein-coding genes. 2000. Annu Rev Genet. 34:77-137.

97. Lefstin J., Yamamoto K. Allosteric effects of DNA on transcriptional regulators. 1998. Nature. 392:885-888.

98. Lemon В., Tjian R. Orchestrated response: a symphony of transcription factors for gene control. 2000. Genes Dev. 14:2551-2569.

99. Lewis E.B. The phenomenon of position effect. 1950. Adu. Gener. 3:73-115.

100. Lim C , Santoso В., Boulay Т., Dong E., Ohler U., Kadonaga J. The МТБ, a new core promoter element for transcription by RNA polymerase II. 2004. Genes Dev. 18:1606-1617.

101. Lindsley D, Zimm G. The genome of Drosophila melanogaster. 1992, Academic Press. New York.

102. Martin M., Meng Y.B., Chia W. Regulatory elements involved in the tissue-specific expression of the yellow gene of Drosophila. 1989, Mol. and Gen. Genet. 21

103. Mazo A., Mizrokhi L., Karavanov A., Sedkov Y., Krichevskaja A., Ilyin Y. Suppression in Drosophila: su(Hw) and su(f) gene products interact with a region of mdg4 (gypsy) regulating its transcriptional activity. 1989. EMBO J. 8:903-911.

104. McKenna N., O'Malley B. Combinatorial control of gene expression by nuclear receptors and coregulators. 2002. Cell. 108:465-474.

105. Miliary J., Hogga I., Barges S., Gallon M., Mishra R., Hagstrom K., Muller M., Schedl P., Sipos L., Gausz J., Gyurkovics H., Karch F. Chromatin domain boundaries in the Bithorax complex. 1998. Cell. Mol. Life Sci. 54:60-70.

106. Modolell J., Campuzano S. The achaete-scute complex as an integrating device. 1998, Int J Dev Biol. 42(3):275-82.

107. Mongelard F., Corces V. Two insulators are not better than one. 2001. Nat. Struct, biol. 8:192-194.

108. Murrell A., Heeson S., Reik W. Interaction between differentially methylated regions partitions the imprinted genes IgfZ and HI 9 into parent-specific chromatin loops. 2004. NatGenet. 36:889-893.

109. Mutskov V, Farrell С, Wade P, Wolffe A, Felsenfeld G. The barrier function of an insulator couples high histone acetylation levels with specific protection of promoter DNA from methylation. 2002. Genes Dev. 16:1540-1554.

110. Myer V.E., Young R.A. RNA polymerase II holoenzymes and subcomplexes. 1998. J Biol Chem. 273:27757-60.

111. Nagy F., Morelli G., Fraley R.T., Rogers S.G., Chua N.-H. Photoregulated expression of a pea rhcS gene in leaves of transgenic plants. 1985. EMBO J. 4:3063-68.

112. Narlikar G., Fan H., Kingston R. Cooperation between complexes that regulate chromatin structure and transcription. 2002. Cell. 108:475-487.

113. Nash N.G., Yarkin R.J. Genetic regulation and pattern formation: a study of the yellow locus in Drosophila melanogaster. 1974. Genet. Res. 24(№l)19-26.

114. Nowak W., Gawlowska M., Jarmoiowski A., Augustyniak J. Effect of nuclear matrix attachment regions on transgene expression in tobacco plants. 2001. Acta Biochim Pol. 48(3):637-46.

115. Orphanides G., Lagrange Т., Reinberg D. The general transcription factors of RNA polymerase II. 1996. Genes Dev. 10:2657-2683.

116. Orphanides G., Reinberg D. A unified theory of gene expression 2002. Cell. 108:439- 451.

117. Pai C , Lei C, Ghosh D., Corces V. The centrosomal protein CP190 is a component of the gypsy chromatin insulator, 2004. Mol. Cell. 16:737-748.

118. Palmiter R.D., Brinster R.L. Germline transformation of mice. 1986. Annu. Rev. Genet. 20:465-99.

119. Parnell J.T., Viering M.M., Skjesol A. et al. An endogenous Su(Hw) insulator separates the regulatory domains in Drosophila, 2003. PNAS. 100:13436-13441.

120. Pays E., Steinert M. Control of antigen gene expression in African trypanosomes. 1988. Annu. Rev. Genet. 22:107-26.

121. Phelps СВ., Brand A.H. Ectopic gene expression in Drosophila using GAL4 system. 1998, Methods. 14(4):367-79.

122. Pikaart M., Recillas-targa F., Felsenfeld G. Loss of transcriptional activity of a transgene is accompanied by DNA methilation and histone deacetylation and is prevented by insulators. 1998. Genes Dev. 12:2852-2862.

123. Pirotta V., Steller H., Bozzetti M. Multiple upstream regulatory elements control the expression of the Drosophila white gene. 1985, EMBO J.4: 3501-3508.

124. Proudfoot N. How RNA polymerase II terminates transcription in higher eukaryotes. 1989. Trends Biochem Sci. 14(3): 105-10.

125. Proudfoot N. New perspectives on connecting messenger RNA 3' end formation to transcription. 2004. Curr Opin Cell Biol. 16(3):272-8.

126. Ptashne M. Gene regulation by proteins acting nearby and at a distance. 1986. Nature. 322:697-701.

127. Qian S., Pirrotta V. Dosage compensation of the Drosophila white gene requires both the X chromosome environment and multiple intragenic elements. 1995, Genetics. 139:733-744.

128. Rincon-Arano H., Furlan-Magaril M., Recillas-Targa F. Protection aainst telomeric position effects by the chicken cHS4 beta-globin insulator. 2007. Proc Natl Acad Sci U S A . 104(35):14044-9.

129. Robinett C, O'Connor A., Dunaway M. The repeat organizer, a specialized insulator element within the intergenic spacer of the Xenopus rRNA genes. 1997. Mol. Cell. Biol. 17:2866-2875.

130. Roeder R. Role of general and gene-specific cofactors in the regulation of eukaryotic transcription. 1998. Cold Spring Harbor Symp Quant Biol. 58:201-218.

131. Roseman R.R., Pirrotta V., Geyer P.K. The su(Hw) protein insulates expression of the Drosophila melanogaster white gene from chromosomal position-effects. 1993. EMBO J. 12(№2):435-442.

132. Rubin G, Sprandling A. Genetic transformation of Drosophila with transposable element vectors. 1982, Science. 218:348-353.

133. Ruiz-Gomez, M. and Modolell, J. Deletion analysis of the achaete-scute locus of Drosophila melanogaster. 1987, Genes Dev. 1:1238-1246.

134. Sambrook J, Fritsch E, Maniatis T. Molecular Cloning. A laboratory manual. 2001, CSHL Press.

135. Schneuwly S., Kuroiwa A., Gehring W. J. Molecular analysis of the dominant homeotic Antennapedia phenotype. 1987. EMBO J. 6:2014

136. Scholnick S.B., Morgan B.A., Hirsh J. The cloned Dopa decurboxyluse gene is developmentally regulated when reintegrated into the Drosophila genome. 1983. Cell. 34:3745.

137. Scott К., Geyer P. Effects of the Su(Hw) insulator protein on the expression of the divergently transcribed Drosophila yolk protein genes. 1995. EMBO J. 14:6258-6279.

138. Shen В., Kim J., Dorsett D. The enhancer-blocking suppressor of hairy-wing zinc finger protein of Drosophila melanogaster alters DNA structure. 1994. MCB. 14:5645-5652.

139. Sipos L., Gyurkovics H. Long-distance interactions between enhancers and promoters. 2005. FEBS J. 272:3253-3259.

140. Skeath J.B., Carroll S.B. The achaete-scute complex: generation of cellular pattern and fate within the Drosophila nervous system. 1994. FASEB J. 8(10):714-21/

141. Smale S. Core promoters: active contributors to combinatorial gene regulation. 2001. Genes Dev. 15:2503-2508.

142. Smale S. Transcription initiation from TATA-less promoters within eukaryotic protein-coding genes. 1997. Biochim Biophys Acta. 1351:73-88.

143. Sprague G.F.Jr., Blair L.C., Thorner J. Cell interactions and regulation of cell type in the yeast Saccharomyces cerevisiae. 1983. Annu Rev Microbiol. 37:623-60.

144. Strahl В., Allis C. The language of covalent histone modifications. 2000. Nature. 403:41-45.

145. Struhl K. Fundamentally different logic of gene regulation in eukaryotes and prokaryotes. 1999. Cell. 98:1-4.

146. Struhl K. Promoters, activator proteins, and the mechanism of transcriptional initiation in yeast. 1987.Cell. 49:295-297.

147. Sturtevant A.H. The effects of unequal crossing-over at the .Bar-locus in Drosophila. 1925.Genetics 10:117-47.

148. Szabo P., Tang S., Rentsendorj A., Pfeifer G., Mann J. Maternal-specific footprints at putative CTCF sites in the HI9 imprinting control region give evidence for insulator function. 2000. Curr.Biol. 10:607-610.

149. Teixeira A., Tahiri-Alaoui A., West S., Thomas В., Ramadass A., Martianov I., Dye M., James W., Proudfoot N., Akoulichev A. Autocatalytic RNA cleavage in the human p-globin pre-mRNA promotes transcription termination. 2004. Nature 432:526-530.

150. Udvardy A. Dividing the empire: boundary chromatin elements delimit the territory of enhancers. 1999. EMBOJ. 18:1-8.

151. Van Leeuwen W., Mlynarova L., Nap J.P., van der Plas L.H., van der Krol A.R. The effect of MAR elements on variation in spatial and temporal regulation of transgene expression. 2001 Plant Mol Biol. 47(4):543-54.

152. Vazquez J., Schedl P. Deletion of an insulator element by the mutation facet- strawberryin Drosophilamelanogaster. 2000. Genetics. 155:1297-1311.

153. Verona R., Mann M., Bartolomei M. Genomic imprinting: intricacies of epigenetic regulation in clusters. 2003. Annu.Rev.Cell Dev.Biol. 19:237-259.

154. Weis L., Reinberg D. Transcription by RNA polymerase II: initiator-directed formation of transcription-competent complexes. 1992. FASEB J. 6:3300-3309.

155. West A., Huang S., Gaszner M., Litt M., Felsenfeld G. Recruitment of histone modifications by USF proteins at a vertebrate barrier element. 2004. Mol.Cell. 16:453-463.

156. Winoto A., Baltimore D. сф lineage-specific expression of the a T cell receptor gene by nearby silencers. 1989. Cell 59:649-55.

157. Zhang Y., Reinberg D. Transcription regulation by histone methylation: interplay between different covalent modifications of the core histone tails. 2001. Genes Dev. 15:2343-2360.

158. Глазков М.В. Границы структурно-функциональных единиц (доменов) эукариотических хромосом. 1998. Генетика. 34(5):593-604.

159. Головнин А.К., Георгиева Г., Георгиев П.Г. Механизм возникновения химерных мобильных элементов, вызывающих супернестабильные мутации у D. melanigaster. 2000. Доклады Академии Наук. 370(3):420-424.

160. Костюченко М.В., Георгиев П.Г., Савицкая Е.Е. Промоторная область гена yellow Drosophila melanogaster содержит избыточные регуляторные элементы. 2004. Доклады Академии Наук. 399(№5):1-2.

161. Костюченко М.В., Савицкая Е.Е., Каракозова М.В., Георгиев П.Г. Исследование регуляторной области гена white Drosophila melanogaster. 2005. Доклады Академии Наук. 405(№1): 1-5.