Гомеотические гены DUX4 образуют динамичные контакты с ядрышками в клетках человека

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Ядрышки образуют меж-хромосомные контакты с генами, контролирующими дифференцировку и канцерогенез. Гены DUX4 кодируют фактор транскрипции, содержащий двойной гомеодомен. Ранее с помощью метода 4C (Circular Chromosome Conformation Capture) на популяции клеток было обнаружено, что гены DUX4 образуют частые контакты с генами рРНК. Также было найдено, что после теплового шока контакты почти полностью пропадают. Метод 4С, как и другие ligation-mediated подходы, способен заметить только близкие контакты между петлями хроматина в ядрах. Для того чтобы независимо подтвердить наличие и выявить частоту контактов генов DUX4 с кластерами генов рРНК в отдельных клетках и выяснить, как далеко при тепловом стрессе уходят эти гены от ядрышек, мы использовали метод FISH. В результате впервые на отдельных клетках линии HEK293T было обнаружено, что гены DUX4 образуют стабильные контакты с ядрышками во всех исследованных клетках, а при тепловом шоке гены DUX4 обратимо удаляются от ядрышек на 1–3 микрометра. Следовательно, меж-хромосомные контакты, образуемые ядрышками, прочны, динамичны и обратимы. Мы предполагаем, что их стабильность важна для поддержания состояния дифференцировки.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Е. С. Клушевская

Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта Российской Академии наук

Email: tchurikov@eimb.ru
Россия, Москва

И. Р. Алембеков

Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта Российской Академии наук

Email: tchurikov@eimb.ru
Россия, Москва

Ю. В. Кравацкий

Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта Российской Академии наук

Email: tchurikov@eimb.ru
Россия, Москва

Н. А. Чуриков

Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта Российской Академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: tchurikov@eimb.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Savic N., Bär D., Leone S., Frommel S.C., Weber F.A., Vollenweider E., Ferrari E., Ziegler U., Kaech A., Shakhova O., Cinelli P., Santoro R. lncRNA maturation to initiate heterochromatin formation in the nucleolus is required for exit from pluripotency in ESCs // Cell Stem Cell. 2014. Vol. 15. № 6. P. 720–734.
  2. Tchurikov N.A., Fedoseeva D.M., Sosin D.V., Snezhkina A.V., Melnikova N.V., Kudryavtseva A.V., Kravatsky Y.V., Kretova O.V. Hot spots of DNA double-strand breaks and genomic contacts of human rDNA units are involved in epigenetic regulation // J. Mol. Cell Biol. 2015. Vol. 7. № 4. P. 366–382.
  3. Tchurikov N.A., Kravatsky Y.V. The Role of rDNA Clusters in Global Epigenetic Gene Regulation // Front. Genet. 2021. Vol. 12. P. 730633.
  4. Kobayashi T. Ribosomal RNA gene repeats, their stability and cellular senescence // Proc. Jpn. Acad. Ser. B Phys. Biol. Sci. 2014. Vol. 90. № 4. P. 119–129.
  5. Feng S., Desotell A., Ross A., Jovanovic M., Manley J.L. A nucleolar long “non-coding” RNA encodes a novel protein that functions in response to stress // PNAS. 2023. Vol. 120. № 9. P. e2221109120.
  6. Tchurikov N.A., Fedoseeva D.M., Klushevskaya E.S., Slovohotov I.Y., Chechetkin V.R., Kravatsky Y.V., Kretova O.V. rDNA clusters make contact with genes that are involved in differentiation and cancer and change contacts after heat shock treatment // Cells. 2019. Vol. 8. № 11. P. 1393.
  7. Diesch J., Bywater M.J., Sanij E., Cameron D.P., Schierding W., Brajanovski N., Son J., Sornkom J., Hein N., Evers M., Pearson R.B., McArthur G.A., Ganley A.R.D., O’Sullivan J.M., Hannan R.D., Poortinga G. Changes in long-range rDNA-genomic interactions associate with altered RNA polymerase II gene programs during malignant transformation // Commun. Biol. 2019. Vol. 2. P. 39.
  8. Tchurikov N.A., Klushevskaya E.S., Alembekov I.R., Kretova A.N., Chechetkin V.R., Kravatskaya G.I., Kravatsky Y.V. Induction of the Erythroid Differentiation of K562 Cells Is Coupled with Changes in the Inter-Chromosomal Contacts of rDNA Clusters // International Journal of Molecular Sciences. 2023. Vol. 24. № 12. P. 9842.
  9. Tchurikov N.A., Klushevskaya E.S., Kravatsky Y.V., Kravatskaya G.I., Fedoseeva D.M., Kretova O.V. Interchromosomal Contacts of rDNA Clusters with DUX Genes in Human Chromosome 4 Are Very Sensitive to Heat Shock Treatment // Dokl. Biochem. Biophys. 2020. Vol. 490. № 1. P. 50–53.
  10. Bystricky K., Heun P., Gehlen L., Langowski J., Gasser S.M. Long-range compaction and flexibility of interphase chromatin in budding yeast analyzed by high-resolution imaging techniques. PNAS. 2004. Vol. 101. № 47. P. 16495–16500.
  11. Maden B.E., Dent C.L., Farrell T.E., Garde J., McCallum F.S., Wakeman J.A. Clones of human ribosomal DNA containing the complete 18 S-rRNA and 28 S-rRNA genes. Characterization, a detailed map of the human ribosomal transcription unit and diversity among clones // Biochem. J. 1987. Vol. 246. № 2. P. 519–527.
  12. Nakamura R.M. Overview and Principles of In-Situ Hybridization // Clinical Biochemistry. 1990. V. 23. № 4. P. 255–259.
  13. Bolte S., Cordelières F.P. A guided tour into subcellular colocalization analysis in light microscopy // Journal of Microscopy. 2006. Vol. 224. № 3. P. 213–232.
  14. Schaap M., Lemmers R.J., Maassen R., van der Vliet P.J., Hoogerheide L.F., van Dijk H.K., Basturk N., de Knijff P., van der Maarel S.M. Genome-wide analysis of macrosatellite repeat copy number variation in worldwide populations: Evidence for differences and commonalities in size distributions and size restrictions // BMC Genomics 2013. 14:143.
  15. Lemmers R.J.L.F., van der Vliet P.J., Vreijling J.P., Henderson D., van der Stoep N., Voermans N., van Engelen B., Baas F., Sacconi S., Tawil R., van der Maarel S.M. Cis D4Z4 repeat duplications associated with facioscapulohumeral muscular dystrophy type 2 // Human Molecular Genetics. 2018. Vol. 27. № 20. P. 3488–3497.
  16. Kretova O.V., Fedoseeva D.M., Kravatsky Y.V., Alembekov I.R., Slovohotov I.Y., Tchurikov N.A. Homeotic DUX4 Genes that Control Human Embryonic Development at the Two-Cell Stage are Surrounded by Regions Contacting with rDNA Gene clusters // Molecular Biology. 2019. Т. 53. № 2. С. 237–241.
  17. Чуриков Н.А., Клушевская Е.С., Кравацкий Ю.В., Кравацкая Г.И., Федосеева Д.М. Меж-хромосомные контакты генов рРНК в трех линиях клеток человека связаны с сайленсингом генов, контролирующих морфогенез // ДАН. Науки о жизни. 2021. Т.496. № 1. C. 70–74.
  18. Percharde M., Lin C.J., Yin Y., Guan J., Peixoto G.A., Bulut-Karslioglu A., Biechele S., Huang B., Shen X., Ramalho-Santos M. A LINE1-nucleolin partnership regulates early development and ESC identity // Cell. 2018. Vol. 174. № 2. P. 391–405.e19.
  19. Hnisz D., Abraham B.J., Lee T.I., Lau A., Saint-Andre V., Sigova A.A., Hoke H.A., Young R.A. Super-enhancers in the control of cell identity and disease // Cell. 2013. Vol. 155. № 4. P. 934–947.
  20. Shrinivas K., Sabari B.R., Coffey E.L., Klein I.A., Boija A., Zamudio A.V., Schuijers J., Hannett N.M., Sharp P.A.,Young R.A., Chakraborty A.K. Enhancer Features that Drive Formation of Transcriptional Condensates // Mol Cell. 2019. Vol. 75. № 3. P. 549–561.e7.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Физическая карта субтеломерной области chr4 и места контактов генов рРНК, выявленные с помощью метода 4С в линии клеток HEK293T (координаты в геномном браузере IGB приведены для версии генома человека hg19). Синим показаны места контактов генов рРНК. Зеленым указаны гены DUX. Красный прямоугольник указывает область ДНК длиной 5511 bp, которая была наработана с помощью long PCR и использована для FISH.

Скачать (162KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Результаты FISH. a – эксперименты с исходными клетками. б – эксперименты с клетками после теплового шока. Белым показана ось при сканировании сигналов флюоресценции, проходящая через центр ядрышек. в – профиль сканирования ядра без теплового шока. г – профиль сканирования ядра после теплового шока. Сигнал DUX (Alexa-5) показан красным, а сигнал rDNA (Alexa-3)– зеленым. По горизонтали показаны расстояния в мкм.

Скачать (153KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Диаграммы, показывающие число фокусов гибридизации зонда DUX, приходящееся на одно ядро в исходных клетках и в клетках после теплового шока (a) и % фокусов гибридизации пробы DUX в ядрах по мере удаления от центра ядрышка (б). HS – – эксперименты с исходными клетками. HS+ – эксперименты с клетками после теплового шока. Для анализа использовали по 100 клеток. p-value < 0.05.

Скачать (87KB)
Метаданные

Примечание

Представлено академиком РАН Г.П. Георгиевым


© Российская академия наук, 2024