4.6. О механизме действия энхансеров и сайленсеров

Приведенная в настоящей главе информация позволяет высказать предположение о механизме работы энхансеров и сайленсеров, хотя до решения этого вопроса еще далеко. Любые гипотезы должны учитывать, естественно, тот твердо установленный факт, что действие энхансеров и сайленсеров реализуется через их взаимодействие со специфическими регуляторными белками.

Одной из первых гипотез было предположение, что энхансеры (для краткости не буду упоминать сайленсеры, но механизм действия для них, очевидно, сходен) являются местами вхождения РНК-полимеразы или факторов транскрипции, которые затем мигрируют по ДНК и находят промотор. Это предположение подкреплялось тем, что если между энхансером и промотором (ТАТА-блок) вставлен дополнительный ТАТА-блок, транскрипция начинает идти с нового ТАТА-блока, а старый выключается. Однако это оказалось далеко не общим правилом. Гипотеза "входных ворот" плохо объясняет действие энхансеров, расположенных внутри гена или за геном.

Другая гипотеза выдвигает на первый план взаимодействие энхансеров с ядерным скелетом, в результате чего может проходить его пространственное сближение с другими контрольными элементами гена. В пользу этого говорят упомянутые выше данные (см. разд. 3.4) о взаимодействии энхансеров с ядерным скелетом через топо II. Однако нативность этих взаимодействий пока не доказана. Кроме того, против этой гипотезы говорят данные Дж. Ванга (США), согласно которым наличие сшивок цепей ДНК по обеим сторонам энхансера подавляет его действие.

Иными словами, последовательности, лежащие между энхансером и геном, участвуют в проведении сигнала от энхансера.

Третья гипотеза основана на предположении о взаимодействии белка, связанного с энхансером, с белками других энхансеров и промоторной области за счет контактов между участками одного топологического домена. Эта гипотеза "выпетливания" (looping out) базируется на ряде экспериментальных фактов, полученных на генах дрожжей, где регуляторные белки связываются с участками, располагающимися перед генами. Они напоминают по некоторым свойствам энхансеры, но не идентичны им. В частности, они не активны при помещении после гена.

Наиболее элегантны опыты с химерными регуляторными белками, где в исследуемый ген вставляли бактериальный оператор, а ген-регулятор модифицировали таким образом, что ответственный за связывание с ДНК участок кодировался бактериальным геном-регулятором. Продукт такого гена - химерный белок-регулятор связывался с встроенным бактериальным оператором и тем не менее активно стимулировал работу дрожжевого гена. Иными словами, последовательность ДНК, с которой связывался белок-регулятор, не играла роли для его действия. Однако упомянутые выше опыты Ванга противоречат и этой гипотезе. Тем не менее сейчас это наиболее вероятная гипотеза, получающая все новые подтверждения.

Четвертая обсуждаемая возможность связана с наличием торзионных напряжений в активном хроматине. Можно предположить, что торзионные напряжения создают условия для контролируемых энхансерами конформационных переходов в ДНК. Исследования последних лет показали высокое конформационное разнообразие и конформационную подвижность ДНК (см. разд. 4.5). Само по себе появление торзионного напряжения может переводить ДНК гена на всем его протяжении или на отдельных участках в конформацию, благоприятную для транскрипции, например конформацию ДНК, близкую к А-форме, у которой шаг спирали состоит не из ~10, а из ~11 п. н. Анализ поведения ДНК в растворе при электрофорезе суперспирализованной ДНК указывает на возможность такого перехода уже при низких значениях суперспиральной плотности. В то же время на бесклеточных системах получены данные, согласно которым суперспирализованная ДНК транскрибируется РНК-полимеразой II дрожжей более эффективно, чем релаксированная. Существенно также, что в напряженной ДНК возникают условия для передачи сигнала на значительные расстояния. Если связывание регуляторных белков с энхансером вызывает конформационные изменения энхансера, то эти изменения могут передаваться по длине ДНК, находящейся в состоянии эластического напряжения. Например, переход Z→B в одном месте может вызывать переход B→Z или B→A в другом месте топологически замкнутой ДНК.

В связи с обсуждаемыми возможностями представляется интересным, что общий уровень суперспирализации ДНК в петлях хромосом снижается по мере дифференцировки и старения клеток и возрастает при их дифференцировке и опухолевом превращении.

Обсуждаемая гипотеза, однако, также не объясняет вышеприведенных данных Ванга.

Наконец, в-пятых, можно предположить, что энхансеры служат местами, с которых после взаимодействия с белками-регуляторами вдоль хромосомной фибриллы идет кооперативный конформационный переход, заключающийся, например, в дестабилизации нуклеосом, их обратимом разворачивании и возникновении торзионных напряжений. Этот переход может создавать необходимые предпосылки для транскрипции. Данная гипотеза не имеет пока экспериментальных подтверждений, но отсутствуют и противоречащие ей данные.

Можно думать, что реализуется не один, а несколько из упомянутых выше механизмов. Или, что весьма вероятно, истинный механизм работы энхансеров далек от того, что выдвинула к настоящему моменту фантазия исследователей.